Quais são os modos comuns de falha por vibração de bombas centrífugas horizontais

Bombas centrífugas horizontais desempenham um papel crítico na produção industrial e a vibração é um indicador central de sua condição operacional e confiabilidade. A vibração anormal não só acelera o desgaste de componentes críticos, como rolamentos, vedações mecânicas e acoplamentos, mas também pode levar a paralisações inesperadas.

1. Modos de falha mecânica

A falha mecânica é a fonte mais comum e destrutiva de vibração em bombas centrífugas. Suas características ocorrem frequentemente em frequências harmônicas da velocidade do rotor (1X), duas vezes a velocidade (2X) ou superiores.

1.1 Desequilíbrio

O desequilíbrio é causado pela distribuição desigual de massa no impulsor, no acoplamento ou no próprio eixo da bomba.

Causas: Defeitos de fundição, desgaste irregular, chaveta ou rasgo de chaveta assimétricos ou corrosão/incrustação do impulsor durante operação de longo prazo.

Características de vibração: A energia de vibração é concentrada principalmente na frequência de velocidade 1X, a amplitude é normalmente grande e a direção de vibração (radial) é estável.

Impacto: Isso faz com que forças centrífugas periódicas sejam geradas durante a rotação do eixo da bomba, exercendo-as continuamente sobre os rolamentos e acelerando a falha por fadiga dos rolamentos.

1.2 Desalinhamento

O desalinhamento refere-se ao desvio na linha central ou ângulo entre o acionamento (por exemplo, motor) e o eixo da bomba.

Tipos: O desalinhamento paralelo e o desalinhamento angular são classificados da seguinte forma.

Características de vibração: A característica mais típica é um aumento significativo na energia de vibração em 2X a frequência da velocidade de rotação, embora frequências de 1X e 3X também possam ocorrer. O desalinhamento radial pode ser maior em 2X a frequência da velocidade de rotação, enquanto o desalinhamento angular é alto em frequências 1X e 2X.

Impacto: Isto provoca flexões periódicas e alterações de tensão no acoplamento durante a rotação, gerando forças de reação significativas que podem danificar seriamente o acoplamento, os rolamentos e as vedações mecânicas.

1.3 Falhas nos Rolamentos

Os rolamentos são componentes críticos que suportam forças radiais e axiais. Sua falha é uma das principais causas de paralisação de equipamentos.

Características de vibração: As falhas nos rolamentos não se manifestam na frequência 1X ou 2X, mas produzem vibrações únicas de alta frequência, conhecidas como frequências características do rolamento. Essas frequências incluem as frequências da pista interna (BPFI), da pista externa (BPFO), da esfera/rolo (BSF) e da gaiola (FTF).

Estágio de Desenvolvimento: Falhas em estágio inicial podem se manifestar como ruído aleatório de alta frequência; no estágio intermediário emergem frequências características de rolamentos distintos e seus harmônicos; na fase final, estas frequências são sobrecarregadas, manifestando-se como vibrações de banda larga de alta frequência.

1.4 Frouxidão da Fundação e Ressonância Estrutural

A frouxidão e a ressonância da fundação são “assassinos invisíveis” no diagnóstico de vibração de bombas centrífugas.

Frouxidão mecânica: Parafusos de ancoragem soltos, placas de base irregulares ou folga excessiva entre o assento e a base do rolamento.

Características de vibração: Normalmente manifestadas como uma série de vibrações harmônicas nas frequências de velocidade 1X, 2X e 3X, muitas vezes com a presença de frequências de meia velocidade (0,5X) ou subharmônicos ainda mais complexos, são sinais típicos de frouxidão mecânica não linear.

Ressonância Estrutural: Ocorre quando a frequência de operação da bomba (1X) se aproxima da frequência natural da bomba ou sistema de tubulação.

Impacto: Resultando em uma amplificação dramática da amplitude da vibração, mesmo com pequenos desequilíbrios ou desalinhamentos causando vibração significativa.

2. Modos de falha hidráulica

As falhas hidráulicas são causadas por alterações no fluxo ou pressão do líquido e estão intimamente relacionadas ao ponto de operação da bomba.

2.1 Cavitação

Cavitação é o fenômeno de formação de bolhas e colapso causado pela pressão no lado de sucção da bomba caindo abaixo da pressão de vapor saturado do líquido bombeado.

Características de vibração: É gerado um ruído de banda larga único e aleatório, com energia de vibração difundida na faixa de alta frequência, soando como pedras rolando ou quebrando dentro do corpo da bomba.

Impacto: A cavitação causa graves danos ao material do impulsor, levando a uma queda acentuada na altura manométrica e na eficiência.

2.2 Surto e Recirculação

A instabilidade hidráulica pode ocorrer quando uma bomba centrífuga opera abaixo ou acima de sua vazão projetada (BEP), especialmente em vazões baixas.

Recirculação: Em vazões baixas, o líquido pode retroceder na entrada ou saída do impulsor, causando choque hidráulico.

Surto: Em algumas bombas centrífugas ou sistemas paralelos de múltiplas bombas, podem ocorrer grandes flutuações periódicas na pressão e na vazão durante a operação de baixa vazão.

Características de vibração: Normalmente manifestada como vibração de baixa frequência, normalmente abaixo de 1× a velocidade de rotação, ou acúmulo de energia de banda larga de baixa frequência. Essa vibração exerce cargas de choque cíclicas nos rolamentos.

2.3 Frequência de passagem da lâmina (BPF)

BPF é a pulsação de pressão causada pela perturbação periódica do fluido à medida que as pás do impulsor passam através do corte da voluta ou das palhetas do difusor.

Cálculo: BPF = Velocidade × Número de Lâminas.

Características de vibração: A energia de vibração está concentrada no BPF e em seus harmônicos.

Impacto: Embora geralmente seja um fenômeno operacional normal, se a amplitude do BPF for muito alta, isso indica que a folga (folga radial) entre a lingueta da voluta e o diâmetro externo do impulsor não foi projetada corretamente ou está severamente desgastada, ou há um problema de correspondência hidráulica entre o impulsor e a voluta.