Estudo de causas de falhas em selos mecânicos de bombas centrífugas para circulação de óleo térmico

Abstract

This study is about a heating line that uses thermal oil. It is located in a facility that produces interlayers used in cars windshields. A plastic resin is melted and is sent to a matrix called DIE where the interlayers are produced. The DIE needs to receive heat from the circulation of thermal oil in four different regions of its interior, to ensure the correct thickness of the interlayer. The thermal energy is provided by electric heaters and the flow of thermal oil is impelled by four mechanically sealed centrifugal pumps (one per region). The key point of this study is the fact that these four pumps of the system have reported successive failures in the mechanical seals. Apparently, a poorly designed project has burdened the system intermittently. The pumps operation condition is located in a region of low efficiency, according to the characteristic curves. This fact is the source of the noticeable reduced time between failures. Changes in the configuration of the facility and in the number of pumps will be proposed, aiming to achieve higher operational efficiency. The proposals will be mathematically analyzed according to the Hydraulic Institute criteria. At the same time, we will also keep focus on an in-depth study of a heating system structure, starting with a detailed approach for each component and discussion about its real need and economic viability. At the end of this paper it is shown that the gain in efficiency achieved with the new proposed configuration reflects not only in the reduction of maintenance costs, but also a potential improvement in energy efficiency. It is shown that these two aspects are closely related and together form the basis for the design of a reliable and efficient pumping system

Este trabalho trata de uma instalação de aquecimento por óleo térmico presente em uma unidade industrial que produz as películas usadas na fabricação de vidros de para-brisas de automóveis. Uma resina plástica é derretida, sendo enviada para uma matriz onde as películas são produzidas. Essa matriz denominada DIE necessita receber o calor proveniente da circulação do óleo térmico em quatro diferentes regiões do seu interior, de modo a garantir a espessura correta da película. O fluxo de óleo térmico é produzido por quatro bombas centrífugas (uma para cada região), todas com selagem mecânica. O ponto chave deste trabalho é o fato de que as quatro bombas da instalação apresentam sucessivas falhas em seus selos mecânicos. Ao que tudo indica, um projeto mal elaborado tem onerado o sistema de forma intermitente. A condição de operação situa-se numa região de baixa eficiência das bombas, constituindo fator preponderante na redução dos intervalos entre falhas. Serão propostas mudanças na configuração da instalação e no número de bombas, buscando-se atingir uma maior eficiência operacional. Para isso, as propostas serão analisadas matematicamente segundo critérios do Hydraulic Institute. Ao mesmo tempo, também será focado o estudo aprofundado de todo o sistema de aquecimento, partindo-se para uma abordagem detalhada de cada componente e discussão sobre sua real necessidade e viabilidade econômica. Ao final do trabalho é mostrado que o ganho de eficiência obtido com a nova configuração proposta para o sistema não refletirá apenas na redução dos custos de manutenção, mas também em uma potencial melhoria da eficiência energética. É comprovado que estes dois aspectos estão estreitamente relacionados e juntos formam a base para o projeto de um sistema de bombeamento confiável e eficiente