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Selos duplos lubrificados por líquido para melhoria de estabilidade para bombas de alta velocidade em aplicações de Acido Tereftálico Purificado (PTA)

Selos duplos lubrificados por líquido para melhoria de estabilidade para bombas de alta velocidade em aplicações de Acido Tereftálico Purificado (PTA)

O Acido Tereftálico Purificado (PTA) é a matéria prima predominante para a produção de Resina de poliéster de alta pureza, largamente utilizada na produção de Fibra de poliéster, Resina de Politerefitalato de Etileno (PET). Filmes de Poliéster e plásticos de engenharia.


Bomba Sundyne em operação

As bombas centrífugas Sundyne série HMP (Horizontal Mounted Pump) têm sido a escolha preferencial para a alimentação de reatores de alta pressão em plantas de purificação de PTA no mundo por muitos anos.

Essas bombas de alta velocidade,  com caixa multiplicadora de velocidades integrada, são utilizadas durante o processo de purificação inicial do Acido Tereftálico ( TA). As bombas Sundyne movimentam lodo de TA, que contém TA em pó suspenso em agua desmineralizada em alta temperatura em um reator de hidrogênio, onde os contaminantes são removidos através da reação com o hidrogênio.

Para essa aplicação, foi selecionada uma bomba centrifuga horizontal, com caixa multiplicadora de velocidades integrada, com um único eixo de saída operando a 6.200 rpm, com dois impelidores montados nesse eixo, back to back, configurando dois estágios de bombeio. Os dois estágios são montados em série devido ao arranjo de tubulação, com isso temos a pressão na cavidade do selo do segundo estágio de 80 bar.

Os selos para essa aplicação foram projetados com selos cartuchos, duplos arranjo Face-to-Face para o primeiro estágio, e arranjo Tandem ou Face-to-Back para o segundo estágio, o que permite o compartilhamento da pressão diferencial entre os dois selos e mantém sob controle o parâmetro de pressão e velocidade (PV). O plano de selagem utiliza 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.

Desafios Técnicos

Um dos maiores desafios na solução desse problema era o fluido barreira/ Buffer que nos foi indicado pelo cliente final, um dos maiores produtores de PTA que sempre segue buscando melhorias de eficiência na sua tecnologia de processo de produção do PTA. Ao invés de usar agua desmi à temperatura ambiente, para fluido barreira/buffer que comumente é fornecido por uma central (ULF), nos foi requerido que fosse utilizado uma agua de retorno com temperaturas: normal 70 °C e máxima 80° C. O problema potencial da utilização dessa agua de retorno a essas 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 era 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 e a pressão de descarga também, a pressão aplicada no selo é reversa, causando travamento do selo. O mesmo ocorre no processo de parada da bomba. Para suplantar essas dificuldades o projeto original do selo sofreu modificações e características especiais.

Necessidade de experiência de ponta-a-ponta

“ Ao ver essa especificação tão exigente , nós pudemos claramente entender desde o inicio que profundo know-how era necessário e que nós teríamos que desenvolver uma solução especifica e única para essa aplicação” afirmou Eric Vanhie, Líder de projetos na EagleBurgmann Houston, Texas.

Uma vez que os requerimentos de performance foram estabelecidos na reunião de kick-off entre Sundyne e EagleBurgmann, as fases de desenvolvimento e desenhos se iniciaram na matriz da EagleBurgmann na Alemanha. Os pontos de operação foram analisados em detalhe pelo Depto. de Pesquisa e Desenvolvimento. Isso permitiu obter cálculos de performance precisos e desenhos em CAD e FEA  para os elementos rotativos.

O projeto final dos selos foi baseado em um desenho especial, testado e aprovado, para alta pressão do portfólio de produtos existentes. Especificamente, a equipe optou pelo modelo SH(V), selo de alta eficiência e alta pressão, o qual 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: nesses selos temos o contra anel rodando solidário ao eixo da bomba e o anel deslizante estacionário com a sobreposta. Esse conceito de selo prove 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.

Desenho otimizado

O comprovado desenho do selo SH(V) foi otimizado para essa aplicação. Melhorias específicas foram feitas para assegurar operação estável dentro de todo o range de operação. Isso incluiu a utilização de materiais de altíssima performance. Enquanto o SH(V) standard possui faces rotativas e estacionárias em Carbeto de Silicio, a face estacionária do selo para a bomba Sundyne foi desenvolvido em Buka 30 que é uma variante do material Carbeto de Silicio com alto teor de conteúdo de Carbono. Esse material de altíssima performance é uma excelente alternativa para fluidos com baixa lubricidade como água. O Buka 30 possui tolerância a rodar em seco o que o torna uma ótima opção para essa aplicação.

Componentes em amarelo são rotativos, em azul são estacionários os em cinza são o eixo da bomba e sobreposta.


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 , como na geometria foram calculadas pelo Depto de Pesquisa e Desenvolvimento garantindo incrível precisão.

As ranhuras que a EagleBurgmann tem usado por vários anos nos selos secos a gás também provem operação segura para selos duplos lubrificados por liquido em aplicações críticas. Submetidas á 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, as ranhuras promovem um efeito estabilizador na medida em que impedem que a separação entre as faces se incremente.

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 Back-toBack, podemos garantir a confiabilidade que a Bomba Sundyne requeria para aplicações até 100 bar e 9.000 rpm.

O selo duplo cartucho lubrificado por liquido, cumpriu com todos os parâmetros operacionais e demonstrou superior estabilidade de selagem quando submetido a flutuações de temperatura, velocidade e pressão. Isso foi confirmado na bancada de testes dinâmicos in Wolfratshausen , Alemanha, onde os selos, foram extensivamente testados e aceitos pela equipe de engenharia da Sundyne.


Bancada de testes dinamicos no Centro de P&D Em Wolfratshausen/ Alemanha.

Os novos selos duplos provaram seu valor em várias bombas Sundyne HMP que sofreram intervenç~çao em 2014 na China em uma das maiores plantass de produção de PTA do mundo.

Para maiores informações sobre os selos SH(V), contate: info@us.eagleburgmann.com​.