Ventiladores centrífugos para serviços pesados ​​projetados para processos industriais com alto teor de poeira

Num sistema de ventilação de ar limpo, selecionar um ventilador centrífugo é relativamente simples. Os processos industriais com alto teor de poeira são diferentes. Pó de cimento, finos minerais, cinzas de carvão, partículas de madeira, clínquer e outros materiais abrasivos podem impactar continuamente o impulsor e a carcaça. Com o tempo, isso pode causar erosão da lâmina, acúmulo de material, vibração, redução do fluxo de ar e desligamentos inesperados.

É aqui que os Ventiladores Centrífugos Reforçados se tornam importantes. Eles não são simplesmente versões maiores de ventiladores industriais padrão. O projeto do impulsor, a seleção do material, a disposição do eixo, a configuração do rolamento, a proteção contra desgaste e o ponto de operação precisam ser considerados de acordo com as condições reais do processo.

A carga de poeira é mais importante do que muitos compradores esperam

Um dos primeiros erros na seleção dos ventiladores é observar apenas o fluxo de ar e a pressão.

Por exemplo, um cliente pode especificar:

Fluxo de ar: 20.000 m³/h

Pressão estática: 3.000 Pa

Temperatura: 80ºC

À primeira vista, estes três valores parecem suficientes para selecionar um ventilador. Eles não são.

Se o gás contiver 30–50 g/m³ de pó mineral abrasivo, os requisitos mecânicos podem ser completamente diferentes de um ventilador que manuseia ar limpo. O tamanho das partículas, a dureza, o teor de umidade e se o ventilador é instalado antes ou depois do coletor de pó podem afetar o projeto final.

Para Ventiladores Centrífugos Reforçados, a condição de poeira deve, portanto, ser tratada como um parâmetro básico de projeto e não como um detalhe opcional. A concentração de poeira e as características das partículas afetam diretamente o desgaste esperado e a configuração adequada do impulsor.

Escolha o impulsor de acordo com a poeira

Não existe um projeto de impulsor único que seja ideal para todas as aplicações com poeira. Para ar altamente contaminado, os projetos de pás radiais são comumente considerados porque as pás retas são menos propensas ao acúmulo de material e podem tolerar serviços abrasivos. O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA também identifica ventiladores centrífugos de pás radiais como adequados para cargas pesadas de poeira devido à sua resistência à abrasão e à tendência reduzida de acúmulo de material.

Impulsores curvados ou inclinados para trás podem fornecer maior eficiência, mas precisam de consideração mais cuidadosa quando grandes quantidades de material particulado passam diretamente pelo ventilador. Se o ventilador for instalado a jusante de um coletor de pó eficaz, a menor carga de partículas pode tornar esses projetos mais práticos.

Em aplicações severas, os ventiladores centrífugos para serviços pesados ​​também podem usar pás reforçadas, revestimentos de desgaste substituíveis, materiais resistentes à abrasão ou bordas dianteiras especialmente protegidas. Estas medidas aumentam o custo inicial, mas podem ser muito mais baratas do que substituir um impulsor a cada poucos meses.

Não ignore a diferença entre a instalação do lado sujo e do lado limpo

A posição do ventilador pode alterar significativamente a carga mecânica do equipamento. Considere um sistema de coleta de pó com filtro de mangas. Se o ventilador for instalado a jusante do filtro, a maior parte das partículas abrasivas já foi removida antes do ar atingir o impulsor. O ventilador ainda precisa superar a queda de pressão do filtro carregado, dutos, amortecedores e outros equipamentos, mas a erosão direta das partículas é reduzida.

Se o ventilador for instalado a montante do coletor, o impulsor lida diretamente com o gás carregado de poeira. Neste arranjo, a dureza, a concentração, a distribuição de tamanho e o acúmulo das partículas tornam-se muito mais importantes.

Esta distinção deve ser confirmada antes de selecionar ventiladores centrífugos para serviços pesados. Um ventilador que funciona bem no lado limpo de um filtro pode não ter a mesma vida útil quando usado no lado sujo.

Calcule a pressão real do sistema

Outro problema comum é selecionar o ventilador de acordo com a perda de pressão de apenas um equipamento.

O requisito real de pressão do ventilador normalmente deve considerar o sistema completo:

Pressão necessária do ventilador = perdas na coifa + fricção no duto + cotovelos e ramais + resistência do separador + resistência do filtro + perdas na saída + margem operacional

Por exemplo, suponha que um sistema industrial de coleta de poeira tenha:

Perdas no capô e na entrada: 450 Pa

Perdas em dutos e cotovelos: 700 Pa

Resistência ao ciclone: ​​900 Pa

Resistência do filtro de mangas: 1.600 Pa

Perdas de saída e pilha: 350 Pa

A resistência total já é de aproximadamente 4.000 Pa antes de considerar qualquer margem adicional de projeto.

A seleção de um ventilador com base em uma estimativa de 2.500–3.000 Pa pode resultar em fluxo de ar insuficiente nas condições reais de operação.

É por isso que os Ventiladores Centrífugos Reforçados devem ser selecionados de acordo com a curva de resistência completa do sistema, em vez de simplesmente combinar o fluxo de ar solicitado pelo cliente com um modelo de catálogo.

Exemplo de caso: coleta de pó de cimento

Considere uma fábrica de cimento que necessita de aproximadamente 25.000 m³/h de ar de exaustão proveniente de um processo de moagem. O ventilador original foi selecionado principalmente de acordo com o fluxo de ar e a potência do motor.

Após vários meses de operação, os técnicos encontraram três problemas:

A vibração do ventilador aumentou gradualmente.

O fluxo de ar diminuiu.

O impulsor apresentou desgaste óbvio próximo à entrada da pá e à seção externa.

A inspeção mostrou que o ventilador estava lidando com pó de cimento abrasivo antes do estágio final de filtração. A poeira desgastou as superfícies das pás de maneira desigual, alterando o equilíbrio do rotor. Ao mesmo tempo, o acúmulo de poeira aumentou a resistência efetiva do sistema.

A solução não foi simplesmente instalar um motor maior.

A equipe de engenharia primeiro confirmou o fluxo de ar e a pressão reais e depois revisou a concentração de poeira e as características das partículas. Foi selecionada uma configuração de impulsor mais resistente à abrasão e as áreas vulneráveis ​​foram reforçadas com proteção contra desgaste substituível.

A lição importante é que aumentar a potência do motor não resolve o desgaste mecânico. O ventilador deve primeiro ser compatível com o processo real.

Para aplicações como moagem de cimento, manuseio de clínquer, mineração e processamento mineral, os ventiladores centrífugos para serviços pesados ​​devem ser avaliados tanto do ponto de vista aerodinâmico quanto mecânico.

A proteção contra desgaste deve ser projetada onde for importante

Adicionar material resistente ao desgaste em todos os lugares nem sempre é a melhor solução.

Uma abordagem mais prática é identificar as áreas que recebem o maior impacto de partículas.

Dependendo da aplicação, essas áreas podem incluir:

Bordas de ataque da lâmina do impulsor

Superfícies da lâmina

Placa traseira do impulsor

Seção de entrada da carcaça

Caixa de rolagem

Áreas de torneamento propensas à abrasão

Placas de desgaste substituíveis podem ser úteis quando o acesso para manutenção estiver disponível. Quando a placa de desgaste atingir seu limite de serviço, os técnicos poderão substituir o componente de proteção em vez de substituir a carcaça completa.

Para aplicações particularmente abrasivas, os fabricantes também podem usar aço resistente à abrasão, revestimento duro, construção de lâmina reforçada ou revestimentos substituíveis. A solução correta depende da dureza, velocidade, concentração e horas de operação esperadas das partículas.

O objetivo não é tornar todos os componentes desnecessariamente pesados. O objetivo é colocar a proteção certa no local certo.

A potência do motor não é o ponto de partida

Às vezes, um cliente envia uma consulta dizendo:

“Precisamos de um ventilador centrífugo de 160 kW.”

Esta informação não é suficiente para a seleção adequada do ventilador.

Um motor de 160 kW pode ser usado com muitas combinações diferentes de ventiladores, dependendo do fluxo de ar, pressão, velocidade, temperatura do gás, densidade do gás, eficiência e arranjo de transmissão.

Para uma aplicação com alto teor de poeira, o fornecedor normalmente deve solicitar pelo menos:

Fluxo de ar necessário

Pressão estática ou total

Temperatura normal do gás

Temperatura máxima do gás

Concentração de poeira

Tipo de poeira e características das partículas

Composição do gás

Condições de entrada e saída do ventilador

Posição de instalação do ventilador

Horário de funcionamento necessário

Tensão e frequência do motor

Altitude necessária, quando relevante

Limitações de espaço e manutenção

Estes parâmetros permitem que o ventilador seja selecionado a partir do ponto de funcionamento real, em vez de apenas a partir da potência do motor.

Verifique o ponto operacional após a instalação

Mesmo um ventilador projetado corretamente pode funcionar mal se as condições do sistema mudarem.

Após o comissionamento, os técnicos deverão registrar:

Rotação do ventilador

Fluxo de ar

Pressão estática

Corrente do motor

Potência do motor

Temperatura do rolamento

Vibração

Temperatura do gás

Suponha que o ponto de projeto original seja 20.000 m³/h a 3.500 Pa. Após a instalação, as medições mostram 24.000 m³/h a apenas 2.800 Pa.

Essa diferença merece investigação.

As possíveis causas incluem resistência do sistema inferior ao esperado, posição do amortecedor, modificações no duto, condições do filtro, velocidade incorreta do ventilador ou cálculo original impreciso do sistema.

Se o ventilador estiver funcionando acima do ponto de operação pretendido, a corrente do motor também poderá aumentar. Nesta situação, simplesmente fechar um amortecedor sem compreender o sistema pode esconder o verdadeiro problema.

A manutenção deve se concentrar nas mudanças de tendência

Para ventiladores industriais empoeirados, a manutenção não deve depender apenas de um calendário fixo.

Uma abordagem melhor é monitorar tendências.

Por exemplo, se a vibração permanecer em torno de 3 mm/s por vários meses e aumentar repentinamente para 5 mm/s, os técnicos deverão investigar antes que o ventilador atinja uma condição de falha grave.

Os pontos de inspeção úteis incluem:

Desgaste do impulsor

Erosão irregular da lâmina

Acúmulo de poeira

Condição do rolamento

Alinhamento do eixo

Condição de acoplamento

Parafusos de fundação

Tensão da correia, se acionada por correia

Desgaste da carcaça

Conexões de entrada e saída

A acumulação de poeira no impulsor é particularmente importante. O acúmulo irregular pode criar desequilíbrio no rotor mesmo quando o impulsor original foi balanceado dinamicamente.

Não negligencie a umidade e a poeira pegajosa

Nem toda poeira se comporta como pó mineral seco.

A umidade pode fazer com que partículas finas grudem no impulsor. Com o tempo, isso pode produzir depósitos e vibrações irregulares.

Por exemplo, um ventilador que manuseia material seco pode funcionar normalmente durante meses. Se a temperatura do processo cair abaixo do ponto de orvalho, poderá ocorrer condensação dentro do sistema. A poeira então fica pegajosa e começa a se acumular no rotor.

Neste caso, simplesmente aumentar a resistência ao desgaste do material da lâmina pode não resolver o problema.

A solução de engenharia pode exigir melhor controle de temperatura, isolamento, drenagem, mudanças no processo ou um projeto de impulsor que seja menos suscetível a incrustações.

Esta é outra razão pela qual os ventiladores centrífugos para serviços pesados ​​devem ser selecionados de acordo com o processo real, e não apenas com base no nome do pó.

Uma lista de verificação prática de seleção

Antes de encomendar um ventilador resistente para um processo com poeira, recomendo confirmar as seguintes informações com o engenheiro de processo:

Desempenho aéreo

Fluxo de ar: m³/h, CFM ou m³/s

Pressão estática ou pressão total

Ponto de serviço de projeto

Condições mínimas e máximas de operação

Condição do gás

Temperatura normal

Temperatura máxima

Composição do gás

Densidade

Umidade

Condição de poeira

Tipo de poeira

Concentração

Tamanho de partícula

Dureza das partículas

Teor de umidade

Características pegajosas ou abrasivas

Construção de ventilador

Tipo de impulsor

Material

Proteção contra desgaste

Diâmetro do eixo

Arranjo de rolamento

Arranjo de unidade

Acesso de inspeção

Sistema elétrico

Potência do motor

Tensão

Freqüência

Método inicial

Operação necessária de RPM ou VFD

Instalação

Posição do ventilador em relação ao coletor de pó

Orientação de entrada e saída

Diâmetro do duto

Espaço de instalação disponível

Autorização de manutenção

Condições ambientais

Uma ficha técnica completa no início do projeto pode evitar muitos problemas posteriores.

Considerações Finais

As aplicações industriais com alto teor de poeira são difíceis para os ventiladores porque o problema não se limita ao fluxo de ar. Abrasão, acúmulo de material, temperatura, resistência do sistema, vibração e requisitos de manutenção interagem entre si.

Portanto, os ventiladores centrífugos para serviços pesados ​​certos precisam ser selecionados de acordo com as condições reais do processo. Um motor mais forte por si só não torna um ventilador resistente, e uma carcaça mais espessa por si só não garante uma longa vida útil.

Para fábricas de cimento, operações de mineração, processamento de biomassa, manuseio de carvão, processamento de metal, sistemas de moagem e coleta de poeira industrial, a abordagem mais confiável é começar com o ponto de operação completo e as características de poeira e, em seguida, determinar o tipo de impulsor, material, proteção contra desgaste, arranjo de acionamento e configuração do motor.

Essa abordagem pode exigir mais trabalho de engenharia antes de o pedido ser feito, mas geralmente custa muito menos do que lidar com a substituição repetida do impulsor, vibração excessiva, tempo de inatividade inesperado e má coleta de poeira após a instalação.