Compreendendo a recirculação em bombas
Definição: O que é recirculação?
Recirculação É uma instabilidade de fluxo que ocorre em bombas centrífugas e ventiladores quando operam com vazões significativamente abaixo do ponto de projeto (ponto de melhor eficiência ou BEP). Em vazões baixas, o fluido inverte parcialmente a direção, fluindo da região de descarga para a sucção, criando padrões de recirculação instáveis na entrada ou na descarga do impulsor. Esse fenômeno gera oscilações de baixa frequência. vibração pulsações (tipicamente 0,2-0,8× velocidade de execução), ruído, perda de eficiência e pode causar danos mecânicos graves por meio de carga cíclica, cavitação, e aquecimento.
A recirculação é uma das condições operacionais mais destrutivas para bombas, pois as forças hidráulicas instáveis podem ser enormes, provocando falhas nos rolamentos, danos nas vedações, fadiga do eixo e, em casos graves, até mesmo falha estrutural do impulsor. Compreender e prevenir a recirculação é fundamental para a confiabilidade da bomba.
Tipos de Recirculação
1. Recirculação de sucção
Ocorre na entrada do impulsor (lado de sucção):
- Mecanismo: Em fluxo baixo, o fluido que entra no olhal do impulsor tem ângulo de fluxo errado
- Separação: O fluxo se separa das superfícies de sucção das palhetas
- Fluxo reverso: O fluido separado flui para trás, para fora do olhal do impulsor
- Início: Normalmente em 60-70% de fluxo BEP
- Localização: Concentrado perto das coberturas do impulsor
2. Recirculação de descarga
Ocorre na descarga do impulsor (saída):
- Mecanismo: O fluido de descarga de alta pressão flui para trás na periferia do impulsor
- Caminho: Através de folgas (anéis de desgaste, folgas laterais)
- Mistura: O fluxo recirculado se mistura com o fluxo principal, criando turbulência
- Início: Normalmente em 40-60% de fluxo BEP
- Mais grave: Geralmente mais prejudicial do que a recirculação de sucção
3. Recirculação Combinada
- Recirculação de sucção e descarga presentes simultaneamente
- Ocorre em vazões muito baixas (< 40% BEP)
- Vibração mais severa e potencial de dano
- Deve ser evitado através de proteção de fluxo mínimo
Assinatura de vibração
Padrão Característico
- Freqüência: Subsíncrono, normalmente 0,2-0,8× velocidade de execução
- Exemplo: Bomba de 1750 RPM mostrando pulsações de 10-20 Hz
- Amplitude: Pode ser 2-5× vibração operacional normal
- Instável: A frequência e a amplitude variam, não são constantes
- Componente aleatório: Aumento da banda larga devido à turbulência
Dependência de fluxo
- Alto fluxo: Sem recirculação, baixa vibração
- Fluxo moderado (80-100% BEP): Recirculação mínima, vibração aceitável
- Baixo fluxo (50-70% BEP): A recirculação de sucção começa, a vibração aumenta
- Fluxo muito baixo (< 50% BEP): Recirculação severa, vibração muito alta
- Desligamento: Máxima recirculação, máxima vibração e taxa de danos
Indicadores adicionais
- Alto vibração axial componente
- Aumento de ruído (rugido ou estrondo)
- Perda de desempenho (pressão e fluxo abaixo da curva)
- Aumento de temperatura devido a perdas hidráulicas
Consequências e Danos
Efeitos imediatos
- Vibração severa: Pode exceder os limites de alarme em minutos
- Barulho: Ruído turbulento alto
- Perda de eficiência: Consumo de energia alto para fluxo entregue
- Aquecimento: Perdas hidráulicas convertidas em calor
Danos mecânicos
- Falha de rolamento: Altas cargas cíclicas aceleram o desgaste do rolamento
- Danos no selo: Vibrações e pulsações de pressão danificam as vedações
- Fadiga do eixo: Tensão de flexão alternada devido a forças hidráulicas
- Danos no impulsor: Trincas por fadiga de palhetas devido a carga cíclica
Danos Hidráulicos
- Cavitação: Zonas de recirculação propensas à cavitação
- Erosão: O fluxo de recirculação de alta velocidade erode superfícies
- Cavitação de Vórtice: Vórtices em zonas de recirculação cavitam
Detecção e Diagnóstico
Análise de vibração
- Procure por componentes subsíncronos (0,2-0,8×)
- Teste em várias taxas de fluxo
- Identificar a taxa de fluxo onde as pulsações começam (início da recirculação)
- Compare com as previsões da curva de desempenho da bomba
Teste de desempenho
- Medir a curva de fluxo de carga real
- Comparar com a curva de design
- Desvio em fluxo baixo indica recirculação
- Consumo de energia maior que a previsão da curva
Monitoramento Acústico
- Som de rugido turbulento distinto
- Aumento do ruído da banda larga
- Pode ser ouvido e sentido na carcaça da bomba
Prevenção e Mitigação
Estratégias Operacionais
Proteção de Fluxo Mínimo
- Instalar linha de recirculação automática de fluxo mínimo
- A válvula abre abaixo do fluxo mínimo seguro (normalmente 60-70% BEP)
- Recircula a descarga de volta para sucção ou tanque
- Impede a operação na zona de recirculação
Controle de Ponto de Operação
- Evite operação abaixo do fluxo contínuo mínimo
- Use um acionamento de velocidade variável para adaptar a bomba à demanda
- Várias bombas menores em vez de uma única bomba grande (melhor redução)
- Operação em etapas de bombas paralelas
Soluções de Design
- Indutor: Estágio de entrada axial para estabilizar o fluxo de sucção
- Impulsores de baixo fluxo: Projetos especiais para operação de baixo fluxo
- Tamanho adequado: Não superdimensione a bomba (evite operação crônica de baixo fluxo)
- Faixa operacional mais ampla: Selecione bombas com curvas planas que tolerem variação de fluxo
Projeto de Sistema
- Sistema de projeto para operação de bomba perto do BEP
- Fornecer margem NPSH adequada para reduzir a cavitação em zonas de recirculação
- Posicionamento da válvula de controle para minimizar o estrangulamento da sucção
- Sistemas de bypass ou recirculação para garantia de fluxo mínimo
Padrões e Diretrizes da Indústria
Fluxo Contínuo Mínimo
- API 610: Especifica o fluxo mínimo estável contínuo para bombas centrífugas
- Valores típicos: 60-70% de fluxo BEP para bombas radiais, 70-80% para fluxo misto
- Consideração térmica: Também limitado pelo aumento de temperatura em baixo fluxo
Teste de desempenho
- Testes de fábrica verificam o ponto de início da recirculação
- Testes de desempenho de campo para confirmar
- Critérios de aceitação para vibração em vazão mínima
A recirculação representa uma das condições operacionais mais severas para bombas centrífugas. Sua assinatura de vibração subsíncrona característica, amplitudes de pulsação severas e potencial para danos mecânicos rápidos tornam a compreensão das condições de início da recirculação, a implementação de proteção de vazão mínima e a prevenção de operação crônica em baixa vazão essenciais para a confiabilidade e longevidade da bomba em serviço industrial.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 