No processamento químico, petroquímico, farmacêutico, fabricação de baterias e outras indústrias exigentes, os selos mecânicos duplos são amplamente utilizados para conter fluidos de processo perigosos, tóxicos, voláteis, abrasivos ou de outra forma difíceis.

Um selo mecânico duplo depende de um sistema de fluido amortecedor ou barreira para fornecer resfriamento, lubrificação, controle de pressão e contenção ao redor das faces do selo. O sistema de circulação desempenha, portanto, um papel importante na manutenção de um ambiente de vedação estável.

Para aplicações que utilizam API 682 Plan 53C ou Plan 54 , selecionar o equipamento correto de circulação e pressurização requer mais do que simplesmente combinar uma bomba com a vazão necessária. Os engenheiros precisam considerar a pressão do fluido de barreira, a pressão diferencial, a viscosidade, a temperatura, a compatibilidade do material, o risco de vazamento, a entrada de ar, o tempo de operação contínua e a arquitetura específica do plano de tubulação API.

UM A bomba de engrenagem micromagnética pode ser considerada para aplicações selecionadas de circulação de fluido de barreira, onde são necessários tamanho compacto, fluxo de deslocamento positivo suave, contenção de fluido e controle flexível do motor.

Este guia explica os principais critérios de seleção e mostra onde as bombas de engrenagens micromagnéticas Suofu podem se encaixar nos sistemas de suporte de vedação mecânica.

Resposta rápida: Qual bomba é adequada para circulação de fluido de barreira de vedação mecânica?

Para um sistema de vedação mecânica dupla, a bomba de circulação de fluido de barreira apropriada deve fornecer:

• Fluxo estável e previsível

• Pressão diferencial suficiente

• Compatibilidade com o fluido de barreira

• Capacidade adequada de temperatura e viscosidade

• Baixo risco de vazamento

• Operação contínua confiável

• Motor apropriado e controle de velocidade

• Compatibilidade com o sistema de suporte de vedação selecionado

Para o Plano API 54 , onde um sistema de fluido de barreira pressurizado externo é usado, uma bomba de deslocamento positivo, como uma bomba de engrenagem com acionamento magnético, pode ser considerada quando o fluxo e a pressão necessários estiverem dentro de seu envelope operacional.

Para o Plano API 53C , o acumulador de pistão mantém a pressão do fluido de barreira e o mecanismo de circulação é normalmente integrado ao sistema de vedação. Uma bomba de circulação externa não deve, portanto, ser tratada como um requisito inerente ao Plano 53C. O projeto final deve seguir o plano de tubulação específico do fabricante da vedação.

1. O que é um sistema de circulação de fluido de barreira?

Em um selo mecânico duplo pressurizado, o espaço entre as faces interna e externa do selo é preenchido com um fluido de barreira limpo.

O fluido de barreira é mantido a uma pressão superior à pressão do lado do processo, de modo que o gradiente de pressão ajuda a evitar que o fluido do processo entre na câmara do fluido de barreira.

Um sistema completo de fluido de barreira pode incluir:

• Reservatório de fluido de barreira

• Fonte de pressão ou acumulador

• Bomba de circulação

• Permutador de calor

• Transmissor de pressão

• Monitoramento de temperatura

• Monitoramento de fluxo

• Filtros

• Válvulas

• Tubulação e acessórios

A configuração exata depende do arranjo do selo mecânico e do plano de tubulação API.

A API 682 identifica o Plano 53C como um sistema pistão-acumulador para vedações duplas pressurizadas, enquanto o Plano 54 usa um sistema de fluido de barreira pressurizado fornecido externamente. O Plano 54 pode variar desde um arranjo de circulação externa relativamente simples até um sistema de suporte de vedação projetado maior.

2. Plano 53C vs. Plano 54: Qual é a diferença?

Compreender a diferença é importante antes de selecionar a bomba de circulação.

Plano API 53C

O Plano 53C usa um acumulador de pistão para manter a pressão no sistema de fluido de barreira.

Uma conexão de referência da câmara de vedação permite que o sistema monitore alterações na pressão do processo. O pistão separa o meio de pressurização do fluido de barreira.

Em arranjos típicos do Plano 53C, a circulação do fluido de barreira é induzida por um anel de bombeamento integrado no conjunto do selo mecânico.

O Plano 53C pode ser útil quando:

• A pressão da câmara de vedação varia durante a operação

• É necessária uma vedação dupla pressurizada

• A pressão do fluido de barreira precisa monitorar a pressão do processo

• O arrasto de gás no fluido de barreira deve ser controlado

• Um sistema externo de circulação contínua não é a arquitetura preferida

John Crane identifica o Plano 53C como um arranjo pistão-acumulador no qual uma linha de referência rastreia a pressão da câmara de vedação e um anel de bombeamento induz a circulação do fluido de barreira.

O Plano 53C sempre requer uma bomba de circulação externa?

Não.

Esta é uma distinção importante.

Uma bomba externa pode ser usada em um sistema de engenharia específico, mas não é o que define fundamentalmente o Plano 53C. O acumulador de pistão e o arranjo de controle de pressão são as características definidoras.

Plano de API 54

O Plan 54 utiliza um sistema externo de fluido de barreira pressurizado para fornecer fluido de barreira limpo a um selo mecânico duplo.

Ao contrário do Plano 53C, a circulação é assegurada por um sistema externo.

Dependendo da aplicação, o sistema Plan 54 pode incluir:

• Bomba de circulação externa

• Reservatório

• Permutador de calor

• Equipamento de controle de pressão

• Controle de fluxo

• Instrumentação

O Plano 54 é comumente considerado para aplicações exigentes onde são necessárias circulação controlada de fluido de barreira, remoção de calor ou múltiplas vedações compartilhando um sistema de suporte. Também é usado para aplicações que envolvem fluidos perigosos, altas cargas térmicas e outras condições de vedação exigentes.

Isto torna a bomba de circulação um componente importante de muitos sistemas Plan 54.

3. Quais desafios a bomba de circulação precisa enfrentar?

A bomba em um sistema de fluido de barreira com vedação mecânica pode operar sob condições muito diferentes da circulação normal de água.

3.1 Vazamento deve ser minimizado

Os fluidos de barreira podem incluir:

• Lubrificantes sintéticos

• Óleos minerais ou brancos

• Óleos compatíveis com o processo

• NMP e outros líquidos específicos para aplicações

• Outros fluidos de barreira especialmente formulados

Uma vedação de eixo dinâmica convencional introduz um possível caminho de vazamento.

Uma bomba de acionamento magnético transfere torque através de acoplamento magnético, permitindo que a câmara de bombeamento seja separada do motor sem uma vedação de eixo rotativa convencional.

Isto pode reduzir significativamente o risco de vazamento associado a uma vedação de eixo dinâmica convencional.

No entanto, o acionamento magnético não significa que todo o sistema esteja automaticamente livre de vazamentos . O-rings, conexões estáticas, acessórios, juntas do corpo da bomba e condições operacionais ainda precisam ser projetados adequadamente.

3.2 Fluidos de barreira podem ter uma ampla faixa de viscosidade

Os fluidos de barreira não estão limitados a líquidos semelhantes à água de baixa viscosidade.

Dependendo da aplicação, os engenheiros podem encontrar fluidos de viscosidade relativamente baixa, bem como óleos lubrificantes e outros líquidos de viscosidade mais alta.

A viscosidade afeta:

• Eficiência da bomba

• Deslizamento interno

• Torque do motor

• Desempenho inicial

• Geração de calor

• Velocidade necessária

Uma bomba de engrenagens de deslocamento positivo pode ser vantajosa quando é necessário um fluxo estável em uma faixa de viscosidade relativamente ampla.

No entanto, a viscosidade operacional real nas temperaturas mais baixas e mais altas deve ser fornecida durante a seleção da bomba.

3.3 A operação contínua requer estabilidade a longo prazo

Os sistemas de suporte do selo mecânico podem operar continuamente por longos períodos.

A bomba de circulação, portanto, precisa ser avaliada quanto a:

• Velocidade de operação contínua

• Temperatura do motor

• Desgaste de rolamentos e engrenagens

• Limpeza fluida

• Condições de lubrificação

• Frequência de inicialização e desligamento

• Pressão operacional real

• Vida útil esperada

Em vez de comparar as bombas apenas pelo preço de compra, os engenheiros devem avaliar o custo do ciclo de vida , incluindo manutenção, tempo de inatividade, consumo de energia, frequência de substituição e as consequências da falha do sistema de suporte da vedação.

3.4 A estabilidade da pressão é importante

O objetivo de um sistema de fluido de barreira não é simplesmente fazer circular o líquido.

Deve manter a relação de pressão necessária em torno do selo mecânico duplo.

A flutuação excessiva do fluxo ou a pressão instável podem afetar as condições térmicas e de lubrificação ao redor das faces da vedação.

Por esta razão, a bomba de circulação deve ser selecionada de acordo com o ponto de operação real , incluindo:

Fluxo necessário + pressão diferencial + resistência do sistema

Uma bomba que fornece um fluxo nominal elevado, mas não consegue manter a pressão necessária, não é necessariamente uma bomba adequada.

3.5 Aprisionamento de ar e condições de funcionamento a seco precisam de atenção

A partida, alterações no nível do reservatório, manutenção, ventilação inadequada ou entrada de gás podem introduzir ar em um circuito de circulação.

Uma bomba pode, portanto, encontrar condições diferentes da operação normal cheia de líquido.

Isso não significa que toda aplicação exija uma bomba anunciada como “capaz de funcionar a seco”.

Em vez disso, os engenheiros devem determinar:

• O ar pode entrar na entrada da bomba?

• A bomba está sempre inundada?

• O que acontece durante a inicialização?

• O reservatório contém gás arrastado?

• Por quanto tempo a bomba poderia operar com líquido insuficiente?

• É necessário autoescorvante?

• Qual capacidade de funcionamento a seco foi validada para o modelo selecionado?

A capacidade de funcionamento a seco depende do modelo e da configuração e nunca deve ser generalizada para uma série inteira de bombas.

4. Comparação de tipos de bombas para circulação de fluido de barreira

Diferentes tecnologias de bombas possuem características diferentes.

Para circulação de fluido de barreira de fluxo pequeno a médio , uma bomba de engrenagem magnética pode ser uma opção atraente quando o sistema prioriza compactação, fluxo de deslocamento positivo controlado e risco reduzido de vazamento na vedação dinâmica do eixo.

No entanto, ela deve ser avaliada em relação aos requisitos completos do sistema, em vez de selecionada simplesmente por ser uma bomba de engrenagens.

5. Por que considerar uma bomba de engrenagem micromagnética?

A série NP da Suofu combina bombeamento de engrenagens de deslocamento positivo com acionamento magnético.

As principais características relevantes para a circulação de fluidos de barreira incluem:

Unidade Magnética

O acoplamento magnético transfere o torque do motor para o mecanismo de bombeamento sem uma vedação de eixo dinâmica convencional.

Isso pode ajudar a reduzir um caminho de vazamento comum e isolar o motor do fluido bombeado.

Fluxo de deslocamento positivo

O mecanismo de engrenagem fornece um deslocamento definido por revolução.

Isto permite que o fluxo seja ajustado através da velocidade da bomba e torna a bomba adequada para aplicações que exigem circulação controlada de fluxo pequeno e médio.

Construção Compacta

O formato de microbomba pode simplificar a integração em:

• Patins de suporte do selo mecânico

• Plano Compacto 54 unidades

• Sistemas de lubrificação

• Equipamento de processo

• Sistemas de suporte para misturadores e agitadores

• Módulos de fluido de barreira personalizados

Opções flexíveis de motor e controle

Dependendo da configuração da bomba, as bombas da série Suofu NP podem ser combinadas com diferentes tecnologias de motor, incluindo:

• Motores CC sem escova

• Motores blindados

• Motores CA

• Drives de frequência variável

• Servomotores

• Configurações de motor à prova de explosão, quando aplicável

O motor deve ser selecionado juntamente com os requisitos necessários de vazão, pressão, faixa de velocidade e área perigosa.

6. Série Suofu NP para circulação de fluido de barreira

A série NP da Suofu cobre uma ampla faixa de vazão, permitindo que os engenheiros selecionem diferentes tamanhos de bomba de acordo com a taxa de circulação necessária.

Estas são faixas de fluxo da família de produtos, e não pontos operacionais garantidos. O fluxo real depende da velocidade, pressão diferencial, viscosidade, temperatura, configuração do motor e outras condições de aplicação. As informações atuais do produto da Suofu listam NP51 em até 6 L/min, NP60 em até 10,5 L/min, NP98 em até 55 L/min e NP106 em até 65 L/min.

7. Como selecionar uma bomba de fluido de barreira com vedação mecânica

Um processo de seleção prático pode ser reduzido a sete verificações principais.

Verificação 1: Determine o fluxo necessário

Primeiro determine:

• Fluxo mínimo

• Fluxo normal

• Fluxo máximo

• Taxa de circulação necessária

• Operação contínua ou intermitente

Não selecione a bomba apenas pelo volume do reservatório.

A taxa de circulação necessária deve ser determinada a partir dos requisitos do fabricante da vedação, da carga térmica, dos requisitos de controle de temperatura e do projeto do sistema.

Verificação 2: Determine a pressão diferencial

Calcule a pressão que a bomba deve superar.

Considerar:

• Pressão do sistema de suporte de vedação

• Resistência da tubulação

• Queda de pressão do trocador de calor

• Queda de pressão do filtro

• Válvulas

• Acessórios

• Elevação

• Margem de pressão necessária

A bomba selecionada deve operar com a vazão e a pressão diferencial necessárias simultaneamente.

Verificação 3: Confirme a compatibilidade do fluido de barreira

Forneça o nome exato e a composição do fluido sempre que possível.

Verificar:

• Compatibilidade química

• Viscosidade

• Densidade

• Lubricidade

• Temperatura

• Compatibilidade do selo

• Compatibilidade com anel de vedação

• Compatibilidade com materiais molhados

Vedações estáticas, como anéis de vedação, podem exigir elastômeros diferentes dependendo do fluido e da temperatura.

Verificação 4: Avalie a temperatura

Especificar:

• Temperatura mínima do fluido

• Temperatura normal do fluido

• Temperatura máxima do fluido

• Temperatura ambiente

As mudanças de temperatura podem afetar a viscosidade, os materiais de vedação, as folgas da bomba, a carga do motor e a pressão do fluido de barreira.

Verificação 5: Avalie o risco de ar e funcionamento a seco

Perguntar:

O que acontece se a entrada da bomba contiver ar temporariamente?

Se a resposta for “a bomba deve continuar operando”, então a capacidade de funcionamento a seco e de escorvamento automático tornam-se parâmetros de seleção importantes.

Entretanto, essas capacidades devem ser verificadas para a configuração exata da bomba , não assumida na família geral de bombas.

Verificação 6: Selecione o motor e o método de controle

Para uma aplicação de fluxo fixo, um motor de velocidade fixa pode ser suficiente.

Para condições operacionais variáveis, considere:

• Controle de velocidade BLDC

• Controle analógico de 0–5 V

• PWM

• Motor CA

• VFD

• Servocontrole

Se o equipamento for instalado em uma área perigosa, a certificação à prova de explosão do motor e os requisitos completos para áreas perigosas do sistema deverão ser verificados separadamente.

Verificação 7: Verifique o sistema completo

Antes de finalizar a bomba, verifique:

Bomba → Tubulação → Reservatório → Trocador de Calor → Selo Mecânico → Instrumentação

A bomba de circulação não deve ser avaliada como um componente isolado.

Todo o circuito de fluido de barreira deve atender aos requisitos exigidos de pressão, temperatura, vazão, segurança e monitoramento.

8. Aplicações Típicas

Reatores Químicos e Agitadores

Para reatores e agitadores que manuseiam fluidos perigosos ou tóxicos, um selo mecânico duplo pode ser usado para melhorar a contenção.

Um sistema Plan 54 pode usar uma bomba de circulação externa para fornecer fluido de barreira limpo e pressurizado à vedação.

Para agitadores de baixa velocidade, onde a circulação integrada na vedação pode ser limitada, um sistema de circulação projetado externamente pode ser particularmente relevante.

O API 682 Plan 54 é usado especificamente com fluido de barreira pressurizado fornecido externamente e é aplicável a equipamentos exigentes, incluindo misturadores e agitadores.

Equipamento de moagem e fresagem

Equipamentos de moagem e fresagem podem envolver:

• Materiais de processo abrasivos

• Altas velocidades de rotação

• Geração de calor

• Fluidos de processo contaminados

Um sistema de fluido de barreira adequadamente projetado pode ajudar a manter o ambiente de vedação mecânica.

A bomba de circulação deve ser selecionada de acordo com as propriedades reais do fluido de barreira e os requisitos de remoção de calor.

Bombas de Processo Químico

As bombas de processos químicos podem lidar com fluidos perigosos, corrosivos, voláteis ou tóxicos.

Uma vedação mecânica dupla combinada com um sistema de suporte de fluido de barreira adequado pode fornecer uma camada de contenção adicional.

Uma bomba de engrenagem magnética compacta pode ser considerada quando o fluxo e a pressão do fluido de barreira necessários estiverem dentro da faixa de desempenho da bomba.

Retrofit de Equipamento Existente

Uma bomba de circulação de fluido de barreira também pode ser selecionada ao atualizar um sistema de suporte de vedação existente.

Os objetivos típicos de retrofit incluem:

• Substituindo uma bomba de alta manutenção

• Reduzindo o risco de vazamento na vedação dinâmica do eixo

• Melhorando a estabilidade do fluxo

• Reduzindo a pegada do equipamento

• Suportando fluxo variável

• Melhorar a integração com sistemas de monitoramento e controle

Antes de substituir a bomba original, os engenheiros devem comparar o ponto operacional real em vez de selecionar uma substituição apenas de acordo com o fluxo nominal.

9. Que informações você deve fornecer ao fabricante da bomba?

Ao solicitar uma recomendação de bomba, fornecer dados operacionais completos pode acelerar significativamente a seleção de engenharia.

Quanto mais completos os dados operacionais, mais precisamente a bomba poderá ser combinada com o sistema de suporte do selo mecânico.

10. Por que Suofu para soluções personalizadas de bombas de fluido de barreira?

Uma bomba de circulação de fluido de barreira é frequentemente integrada em um pacote de equipamento maior, em vez de ser usada como um produto independente.

Suofu pode personalizar as configurações da bomba de acordo com os requisitos da aplicação, como:

• Taxa de fluxo

• Pressão diferencial

• Potência do motor

• Tensão

• Velocidade

• Método de controle de velocidade

• Configuração de porta

• Materiais da bomba

• Requisitos de instalação

A Série NP também cobre uma ampla gama de capacidades de vazão, desde circulação de precisão de vazão pequena até manuseio de fluidos industriais de vazão mais alta.

Para OEMs e integradores de sistemas de vedação, o processo de seleção pode seguir:

Análise de Aplicação → Seleção de Bomba → Teste de Amostra → Validação do Sistema → Produção em Massa

Esta abordagem ajuda a garantir que a bomba seja selecionada de acordo com o ponto operacional real, e não com base apenas nas especificações nominais.

Perguntas frequentes

O que é uma bomba de circulação de fluido de barreira?

Uma bomba de circulação de fluido de barreira circula o fluido de barreira limpo através do espaço entre as vedações em um sistema de vedação mecânica dupla pressurizada. Pode fazer parte de um sistema externo de suporte de vedação, como o API Plan 54.

Qual é a diferença entre o Plano 53C e o Plano 54?

O Plano 53C utiliza um acumulador de pistão para pressurizar o fluido de barreira e rastrear alterações na pressão da câmara de vedação, com circulação normalmente induzida por um anel de bombeamento. O Plano 54 utiliza um sistema de fluido de barreira pressurizado externamente, que pode incluir uma bomba de circulação externa.

O Plano 53C requer uma bomba de circulação externa?

Não necessariamente. O Plano 53C é fundamentalmente um arranjo de suporte de pressão pistão-acumulador, e a circulação é normalmente induzida pelo anel de bombeamento do selo mecânico. Uma bomba externa pode ser incluída num sistema de engenharia específico, mas não é inerente à definição do Plano 53C.

Uma bomba de engrenagem magnética é adequada para o Plano 54?

Ele pode ser adequado para sistemas Plan 54 selecionados quando seu fluxo, pressão diferencial, temperatura, viscosidade, compatibilidade de materiais e configuração do motor atendem aos requisitos do sistema.

Por que usar uma bomba de acionamento magnético para fluido de barreira?

Uma bomba de acionamento magnético transmite torque sem uma vedação de eixo dinâmica convencional através da carcaça da bomba. Isto pode reduzir o risco de vazamento associado a uma vedação de eixo rotativa e pode ser útil quando a contenção de fluidos é importante.

Uma bomba de engrenagens pode lidar com fluidos de barreira de alta viscosidade?

As bombas de engrenagens de deslocamento positivo geralmente são adequadas para muitas aplicações de fluidos viscosos. Contudo, o aumento da viscosidade também aumenta os requisitos de torque do motor e afeta as condições de partida e operação. A bomba deve, portanto, ser selecionada usando a faixa de viscosidade real.

Uma bomba de fluido de barreira pode funcionar a seco?

A capacidade de funcionamento a seco depende do modelo e da configuração. Algumas configurações de bomba podem tolerar condições limitadas de funcionamento a seco, enquanto outras requerem lubrificação líquida contínua. Os limites operacionais exatos devem ser confirmados para a bomba selecionada.

Como escolho a bomba de circulação com selo mecânico correta?

Comece com sete parâmetros:

Fluxo → Pressão Diferencial → Fluido → Viscosidade → Temperatura → Condição de Entrada → Motor/Controle

Em seguida, verifique a curva completa de desempenho da bomba e a compatibilidade com o sistema de suporte do selo mecânico.

Conclusão

A confiabilidade de um sistema de selo mecânico duplo depende não apenas do próprio selo mecânico, mas também do projeto e da estabilidade operacional de seu sistema de suporte de fluido de barreira.

Para API 53C , os engenheiros devem compreender a função do acumulador de pistão e do mecanismo de circulação integrado ao selo. Para o Plano API 54 , o sistema de circulação externo – incluindo a bomba – torna-se uma parte crítica da manutenção do fluxo, pressão, temperatura e limpeza necessários do fluido de barreira.

UM A bomba de engrenagem micromagnética pode ser considerada para aplicações selecionadas de fluido de barreira de fluxo pequeno e médio, onde a construção compacta, o fluxo de deslocamento positivo, o risco reduzido de vazamento da vedação do eixo dinâmico e o controle flexível do motor são valiosos.

A bomba correta deve ser selecionada a partir das condições operacionais completas:

Fluido de Barreira + Fluxo + Pressão Diferencial + Temperatura + Viscosidade + Condição de Entrada + Requisitos de Operação Contínua

Para uma solução personalizada de circulação de fluido de barreira, forneça à Suofu os requisitos necessários de fluxo, pressão, fluido, temperatura, viscosidade e motor/controle. A equipe de engenharia pode então avaliar a configuração e a curva de desempenho da Série NP apropriadas para sua aplicação.

Observação: Este artigo fornece informações gerais de engenharia e não substitui os requisitos de aplicação do fabricante do selo, as especificações do projeto API 682 ou os procedimentos de segurança específicos do local. A seleção final da bomba e do sistema de suporte de vedação deve ser validada em relação às condições operacionais reais e aos padrões aplicáveis.