Selos duplos lubrificados por líquido melhoram a estabilidade em bombas de alta velocidade das linhas de ácido tereftálico purificado (PTA)

Química e Derivados, *Benito De Domenico Junior é diretor-geral da EagleBurgmann do Brasil ©QD Foto: Divulgação
*Benito De Domenico Junior é diretor-geral da EagleBurgmann do Brasil ©QD Foto: Divulgação

O Ácido Tereftálico Purificado (PTA) é a matéria prima predominante para a produção de resina de poliéster de alta pureza, largamente utilizada na produção de fibras, de resina de politerefitalato de etileno (PET), filmes e plásticos de engenharia.

Em unidades de purificação de PTA em todo o mundo, as bombas centrífugas Sundyne da série HMP (bombas de montagem horizontal) têm sido a escolha preferencial para a alimentação dos reatores de alta pressão. Essas bombas de alta velocidade, com caixa multiplicadora de velocidades integrada, são utilizadas durante o processo de purificação inicial do ácido tereftálico (TA), apresentando excelente desempenho. As bombas Sundyne movimentam lodo de TA, que contém a substância na forma de pó suspenso em água desmineralizada, sob alta temperatura, em um reator onde os contaminantes são removidos por meio da reação com hidrogênio.

Para aplicações dessa modalidade, a seleção mais apropriada – realizada e comprovada em testes feitos pela EagleBurgmann do Brasil com clientes – envolve uma bomba centrifuga horizontal, com caixa multiplicadora de velocidades integrada e único eixo de saída, operando a 6.200 rpm, com dois impelidores montados nesse eixo, back to back, o que configura dois estágios de bombeio.

Nesse desenho, na parte de selagem, a projeção envolve selos tipo cartucho, com duplo arranjo face-to-face para o primeiro estágio, e arranjo em tandem ou face-to-back para o segundo estágio, para permitir o compartilhamento da pressão diferencial entre os dois selos e manter sob controle o parâmetro de pressão e velocidade (PV). O plano de selagem, por sua vez, utiliza o fornecimento de flush da descarga dos dois estágios, evitando que o lado do produto dos selos possa sofrer bloqueio, devido à presença de sólidos no lodo.

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Desafios técnicos de temperatura e pressão – Um dos maiores desafios na solução desse problema reside no fluido barreira (buffer) indicado por um cliente da empresa, um dos maiores produtores de PTA, que sempre busca melhorias de eficiência na sua tecnologia de processo de produção do PTA. Em vez de usar água desmineralizada na temperatura ambiente, para compor o fluido de barreira (buffer) – que usualmente é fornecido por uma central (ULF) – foi requerida a utilização de uma água de retorno com duas temperaturas: normal (70°C) e máxima (80°C). O problema potencial da utilização dessa água de retorno nessas temperaturas é criar condições adversas para o selo, tais como: reduzida capacidade de dissipação de calor e falta de lubrificação nas faces, devido à perda do filme de lubrificação causado pela vaporização.

Um detalhe adicional para ser observado é a possível pressão reversa no lado do processo do segundo estágio, durante a partida e ou parada da bomba. Durante a partida, o selo do segundo estágio é submetido à pressão reversa pelo fluido (buffer) enviado pelo sistema central de suporte, antes que o motor principal da bomba seja acionado e se levante a pressão na caixa. Sob condições transientes, enquanto a velocidade da bomba está subindo até alcançar a máxima, a pressão de descarga idem, a pressão aplicada no selo é reversa, causando o seu travamento. O mesmo ocorre no processo de parada da bomba. Para suplantar essas dificuldades, o projeto original deve sofrer modificações e características especiais.

Necessidade de experiência de ponta-a-ponta – O projeto final dos selos deve se basear em um desenho especial, testado e aprovado pelas equipes envolvidas, dentro do portfólio de produtos existentes para alta pressão. Especificamente, o modelo SH(V), selo de alta eficiência que tem sido usado em aplicações de alta pressão por anos. Diferentemente dos selos mecânicos convencionais para aplicações standard, selos para alta pressão têm uma importante característica especial: o contra-anel roda solidário ao eixo da bomba e o anel deslizante estacionário com a sobreposta. Esse conceito de selo oferece estabilidade adicional em altas velocidades. Em situações de velocidade de rotação de 20 m/s ou mais, as molas devem ser estacionárias para não absorver vibrações e consequentemente deformações.

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Desenho otimizado para uma operação estável – O comprovado desenho do selo SH(V) foi otimizado para essa aplicação. Melhorias específicas ainda devem ser feitas para assegurar uma operação estável dentro de todo o alcance da operação. Isso inclui a utilização de materiais de altíssima performance. Enquanto o SH(V) standard possui faces rotativas e estacionárias em carbeto de silício, a face estacionária do selo para a bomba Sundyne foi desenvolvido em Buka 30, que é uma variante de carbeto de silício com alto teor de carbono. Esse material de altíssima performance é uma excelente alternativa para fluidos com baixa lubricidade, como a água. O Buka 30 possui tolerância a rodar em seco o que o torna uma ótima opção para essa aplicação.

Além do descrito acima, o desenho também foi otimizado para garantir confiabilidade funcional mesmo em situações marginais. Uma das características técnicas especiais para o selo de alta pressão desenvolvido para a aplicação de PTA é a incorporação de ranhuras de alta precisão, nas faces do selo. Essas ranhuras, seja na profundidade ou na geometria, foram calculadas para garantir precisão absoluta.

Como exemplo, as ranhuras que a EagleBurgmann tem usado por vários anos nos selos secos a gás também proporcionam operação segura para selos duplos lubrificados por líquido em aplicações críticas. Submetidas à baixa pressão, as ranhuras promovem a separação das faces criando um amortecedor de pressão e, dessa forma, muito rapidamente estabelece um regime de operação estável. A alta pressão e as ranhuras promovem um efeito estabilizador na medida em que impedem que a separação entre as faces se incremente.

Resultados comprovados, testados em bancada e na prática – Compilando todos os parâmetros de medição que resultam de uma sofisticada solução de selagem, seja no arranjo em tandem ou face to back, podemos garantir a confiabilidade que a bomba Sundyne requer para aplicações até 100 bar e 9.000 rpm.

O selo duplo cartucho lubrificado por líquido, dessa forma, cumpre com todos os parâmetros operacionais e demonstra superior estabilidade de selagem quando submetido a flutuações de temperatura, velocidade e pressão. Isso foi confirmado na bancada de testes dinâmicos na cidade de Wolfratshausen, Alemanha, onde os selos foram extensivamente testados e analisados pela equipe de engenharia da Sundyne.

Os novos selos duplos provaram seu valor em várias bombas Sundyne HMP que sofreram intervenção em 2014, na China, em uma das maiores plantas de produção de PTA do mundo.

Benito De Domenico Junior

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