IT TECNICO PARA AVALIAÇÃO DA RIGIDEZ DE EIXOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

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PROCEDIMENTO TECNICO PARA AVALIAÇÃO DA RIGIDEZ DE EIXOS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
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Data:xx/xx/xxxx
AVALIAÇÃO DA RIGIDEZ DE EIXOS DE BOMBA CENTRIFUGAS
Em uma bomba centrifuga de processo, operando fora do ponto de projeto, haverá desbalanceamento da força hidráulica radial, que atingira um máximo para a condição de vazão nula (“ shut-off”).
O problema se agrava, pois sabemos que é comum a operação partir estas bombas com uma válvula fechada descarga, principalmente nos casos em que a bomba não foi construída com a carcaça em dupla voluta, o que conferiria à mesma o melhor equilíbrio da força radial. Esta melhoria, entretanto, é impossível de ser feita em bombas com diâmetro de impelidor menor que 350 mm ou que operam com fluidos muitos sujos e/ou pesados.
Entretanto, hoje em dia, as bombas são projetadas de acordo com normas internacionais como ANSI 73.1, ISO 2858 OU DIN 24256, que preveem selagem por meio de gaxetas, as quais contribuem para absorver a deflexão do eixo. Assim, ao modificarmos o sistema de selagem para utilização de selo mecânico, a tendência é aumentarmos a deflexão do eixo, uma vez que o selo não contribui para melhoria da suportação do mesmo.
As normas de projeto limitam a deflexão na região de selo a 0,05 mm e, ultrapassando este limite, correremos o risco de se ter falhas repetidas do selo mecânico, unicamente por força deste problema.
Mesmo para o caso de gaxetas, um eixo subdimensionado causaria excessivo da folga, construindo-se num problema difícil de se controlar e uma forte certeza de vazamentos.
Podemos calcular a deflexão da linha de centro de um eixo no ponto de aplicação da força F, com equação:
�
�
E de acordo com o desenho abaixo:
�
Onde:
S = > Distância entre os mancais
L = > Distância dos mancais ao centro do rotor
D = > Diâmetro do eixo na região da balança
F = > Força Radial
E = > Módulo de elasticidade do material do eixo
I = > momento de inercia do eixo
 Simplificando a formula (1), pela omissão do tempo que se refere à região entre mancais, teremos:
 Se levarmos em conta que as bombas são submetidas à forças semelhantes e que os aços com os quais os eixos são fabricados possuem módulos de elasticidade também semelhantes, poderemos remover todas as constantes da formula (2), incluindo “F” e “E”, chegando à expressão da RAZÃO DE ESBELTEZ DO EIXO (SR);
 A deflexão é reduzida quando o diâmetro D é aumentado ou quando o Balanço L é reduzido. Assim, uma RAZÃO DE ESBELTZ menor está ligada a um eixo mais forte, enquanto que uma RAZÃO DE ESBELTZ maior revela um eixo mais fraco.
A experiência pratica nos mostra que a RAZÃO DE ESBELTZ deve ser menor que 3, para garantir um eixo rígido o bastante para resistir à deflexão e minimizar vibrações, diminuindo os esforços sobre mancais e selo, contribuindo para reduzir a frequência das intervenções da manutenção.
De outro lado, se a RAZÃO DE ESBELTZ (SR) for maior que 7, teremos um eixo muito fraco, alto risco quanto a problemas de vibração e selagem.
No gráfico anexo, podemos ver as curvas SR = 3 e SR = 7. Entrando-se com valores de L (mm) e D (mm), podemos verificar problemas de falhas do eixo ou do selo.
No caso de eixos com SR maior que 3, a correção mais fácil e comum é eliminar a luva do eixo e aumentar o diâmetro do mesmo. No caso CRANE 9B, DURAMETALLIC com anéis V etc., seria conveniente, no caso de problemas de deflexão exagerada do eixo, trocá-los por outro tipo “ non-fretting”.
É importante lembrar que numa substituição de gaxetas por selo mecânico, em uma bomba, devemos verificar a rigidez de seu eixo no gráfico anexo, e só levarmos avante a troca, caso este eixo tenha uma RAZÃO DE ESBELTZ (SR) menor que 3, garantindo a performance futura do selo quanto ao problema de deflexão do eixo.