Avaria da bomba: causas, modos e estratégias de prevenção

Para as indústrias que dependem do movimento de fluidos - tais como tratamento de água, petróleo e gás, agricultura e fabrico - as avarias nas bombas são mais do que apenas um inconveniente. Uma única avaria pode causar tempos de inatividade dispendiosos, perturbar operações inteiras e levar a reparações dispendiosas ou mesmo a falhas catastróficas do sistema.

Para manter as bombas a funcionar de forma eficiente, é crucial compreender porque é que elas falham. Reconhecer os primeiros sinais de aviso e implementar estratégias de manutenção proactivas pode prolongar significativamente a vida útil do seu equipamento, assegurando simultaneamente um funcionamento sem problemas.

As causas mais comuns de falha da bomba incluem:

1. Fuga do vedante mecânico
2. Problemas com rolamentos
3. Desgaste do impulsor
4. Questões relacionadas com o acoplamento
5. Erros operacionais
6. Problemas de alimentação eléctrica

6 causas comuns de falha da bomba

É crucial manter as bombas saudáveis, mas para isso é necessário responder a uma pergunta importante: porque é que as bombas falham? As seguintes razões são responsáveis por mais de 60% das avarias das bombas, de acordo com Grundfos:

1. Fuga do selo mecânico

A maioria das fugas ocorre normalmente na interface entre as duas faces do vedante, mas há ocasiões em que as fugas também provêm da área de vedação secundária. Existem várias razões para a ocorrência de fugas nos vedantes mecânicos, tais como o funcionamento a seco, a distorção térmica e o desalinhamento dos anéis de vedação, para citar algumas.

2. Questões relacionadas com os rolamentos

De acordo com o relatório técnico pelo Grupo RKB Bearing IndustriesDe longe, a razão mais comum para a falha do rolamento é a lubrificação incorrecta (80%), provocando o seu sobreaquecimento. Outras causas incluem uma seleção incorrecta do rolamento, sobrecarga, fadiga e muitas outras.

3. Desgaste do impulsor

Tal como acontece com outras falhas, existem várias razões para o desgaste do impulsor. Uma das mais comuns é a erosão, mas também pode resultar de uma bomba mal dimensionada, o que pode levar a um desequilíbrio de pressão.

4. Questões relacionadas com o acoplamento

As falhas de acoplamento mais frequentemente encontradas ocorrem pelas seguintes razões: desalinhamento, sobrecarga, causas ambientais pouco comuns, vibração de torção e lubrificação inadequada.

5. Erros operacionais

Mesmo a bomba mais avançada não durará muito se for utilizada fora dos parâmetros previstos. O arranque e a paragem inadequados, a sobrecarga ou o desrespeito pelas diretrizes do fabricante podem conduzir a sobreaquecimento, desgaste excessivo e avarias perigosas.

No caso das bombas submersíveis, o facto de não se manterem níveis de submersão adequados pode causar um funcionamento a seco, levando à falha do vedante e ao desgaste do motor. A solução? Investir na formação dos operadores, implementar controlos automatizados e monitorizar os dados do sistema para evitar erros dispendiosos.

6. Problemas de alimentação eléctrica

Uma fonte de alimentação estável é fundamental para o desempenho da bomba. As flutuações de tensão, picos de energia e interrupções inesperadas podem causar estragos nos motores, provocando o seu sobreaquecimento, funcionamento ineficiente ou falha total.

As bombas submersíveis são especialmente vulneráveis devido à sua dependência do isolamento elétrico em ambientes húmidos. Análise da assinatura eléctrica (ESA) podem detetar anomalias de corrente antes de causarem avarias, enquanto os protectores contra sobretensões, os sistemas de energia de reserva e as inspecções eléctricas de rotina proporcionam uma camada extra de proteção.

A solução mais rápida é substituir o componente avariado, mas isso não resolve o problema subjacente. As bombas podem falhar devido a vários factores. Por exemplo, se uma bomba não estiver corretamente ligada à terra, a corrente pode entrar num rolamento e danificá-lo. Da mesma forma, a cavitação pode desgastar os vedantes, rolamentos e impulsores ao longo do tempo. A substituição de peças danificadas pode restaurar temporariamente a função, mas sem abordar as causas principais - como problemas de ligação à terra ou cavitação - as falhas continuarão.

Para evitar falhas recorrentes, é importante detetar estes problemas subjacentes antes que se agravem. Monitorização do estado podem ajudar a identificar problemas precocemente, permitindo uma manutenção proactiva e reduzindo o dispendioso tempo de inatividade.

Como detetar sinais precoces de avaria da bomba

As avarias das bombas não acontecem de um dia para o outro - existem sempre sinais de aviso que, se forem detectados atempadamente, podem evitar tempos de inatividade e reparações dispendiosas.

Principais sinais de alerta a que deve estar atento:

• Ruídos invulgares - Sons de ranger, lamentar ou bater indicam frequentemente cavitação, rolamentos gastos ou desalinhamento.
• Vibração excessiva - O aumento da agitação pode indicar veios desalinhados, impulsores desequilibrados ou rolamentos com falhas.
• Redução do caudal ou da pressão - Uma queda súbita na produção pode ser causada por bloqueios, fugas de ar ou desgaste interno. No vídeo abaixo
  
• Sobreaquecimento - Motores ou rolamentos a funcionar mais quentes do que o habitual sugerem uma lubrificação deficiente, sobrecarga ou problemas eléctricos.
• Fugas ou danos nos vedantes - As fugas visíveis apontam frequentemente para vedantes gastos ou pressão interna excessiva.
• Consumo de energia irregular - Os picos de consumo de energia podem indicar uma bomba ineficiente ou com problemas.

Inspecções de rotina, análise de vibraçõesA monitorização térmica pode ajudar a detetar estes problemas antes de conduzirem a uma falha completa. Investir em ferramentas de manutenção preditiva como a Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) ou a monitorização de condições baseada na IoT pode reduzir o tempo de inatividade e os custos de reparação.

Como é que um sistema de monitorização de condições detecta potenciais falhas nas bombas antes que elas aconteçam?

Um sistema de monitorização de condições funciona mantendo um olhar atento sobre os sinais vitais de uma bomba - coisas como vibrações, temperatura e ruído. Quando algo começa a correr mal, estes sinais mudam de forma subtil, mas reveladora. Pense nisto como um médico a ouvir o seu batimento cardíaco; um ritmo invulgar pode indicar um problema antes mesmo de se sentir doente.

Ao analisar estas deslocações, o sistema pode detetar sinais de alerta precoce de desgaste, desalinhamento ou outros problemas, muito antes de se transformarem em avarias completas. Diferentes técnicas de monitorização são especializadas na deteção de diferentes tipos de falhas, algumas detectando os problemas mais cedo do que outras. A abordagem correta depende do que precisa de monitorizar, do ambiente em que as suas bombas funcionam e do grau de importância que têm para o seu processo.

Métodos comuns incluem a análise das vibrações, análise do óleoA termografia por infravermelhos, a análise da assinatura eléctrica e as emissões acústicas - cada uma com os seus próprios pontos fortes quando se trata de evitar avarias dispendiosas.

Análise de falhas de bombas: Técnicas para diagnóstico e prevenção de falhas em bombas

A gestão eficaz das avarias das bombas requer técnicas de diagnóstico e de prevenção. Os métodos de diagnóstico ajudam a identificar a causa raiz das avarias, enquanto as técnicas preventivas se concentram na monitorização das tendências de desempenho para detetar sinais de alerta precoce antes de ocorrer uma avaria. A combinação destas abordagens garante uma maior fiabilidade, menos reparações de emergência e custos de manutenção mais baixos.

Técnicas de diagnóstico: identificar e compreender as falhas

Análise da Causa Raiz (RCA)

Quando uma bomba falha, compreender a causa subjacente é crucial para evitar a recorrência. A Análise da Causa Raiz (RCA) é uma abordagem estruturada que examina dados de desempenho, registos de manutenção e condições operacionais para determinar o que levou à falha. Dois métodos amplamente utilizados são a Análise dos Modos e Efeitos de Falha (FMEA), que identifica potenciais pontos de falha e as suas consequências, e a Análise da Árvore de Falhas (FTA), que rastreia sistematicamente as vias de falha até à sua causa principal. Ao diagnosticar problemas recorrentes, a RCA ajuda as equipas de manutenção a desenvolver acções corretivas específicas.

Análise da Assinatura Eléctrica (ESA)

A Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) é uma ferramenta poderosa para detetar problemas eléctricos e mecânicos em bombas, analisando os sinais de corrente e tensão do motor. Este método é particularmente eficaz para bombas submersíveis, uma vez que pode identificar problemas que, de outra forma, seriam difíceis de detetar, tais como avarias no isolamento do enrolamento, desequilíbrios de fase, desalinhamentos mecânicos e defeitos na barra do rotor. Uma vez que o ESA fornece avisos precoces, permite que as equipas de manutenção intervenham antes que estes problemas resultem em avarias na bomba.

Análise de Vibrações (VA)

As alterações nos padrões de vibração podem indicar problemas mecânicos numa bomba, tornando a Análise de Vibrações (VA) uma ferramenta de diagnóstico fundamental. As vibrações invulgares são frequentemente sinal de desalinhamento, desequilíbrio, desgaste dos rolamentos ou cavitação - tudo isto pode conduzir a danos graves se não for controlado. Ao monitorizar continuamente as frequências de vibração, as equipas de manutenção podem detetar anomalias precocemente e tomar medidas corretivas antes que os problemas menores se transformem em falhas totais da bomba.

Análise de resíduos de desgaste (WDA)

Quando os componentes internos de uma bomba começam a desgastar-se, libertam pequenas partículas de metal para o sistema de lubrificação. A Análise de Detritos de Desgaste (WDA) examina estas partículas para determinar o tipo de desgaste, o componente afetado e a gravidade dos danos. Técnicas como a ferrografia e a espetroscopia ajudam a classificar os padrões de desgaste, distinguindo entre desgaste adesivo, abrasivo e por fadiga. Esta informação permite às equipas de manutenção detetar potenciais falhas antes que estas causem danos significativos.

Técnicas preventivas: Deteção de sinais de alerta precoce

Inspeção termográfica

A acumulação anormal de calor é frequentemente um indicador precoce de avaria da bomba. A inspeção termográfica utiliza imagens de infravermelhos para detetar pontos quentes em componentes como rolamentos, vedantes e enrolamentos do motor, que podem indicar problemas de lubrificação, fricção excessiva ou falhas eléctricas. Ao identificar peças com sobreaquecimento antes de falharem, as inspecções térmicas ajudam a evitar avarias inesperadas e prolongam a vida útil dos componentes críticos da bomba.

Análise de óleos e lubrificantes

O estado do sistema de lubrificação de uma bomba é um fator chave na sua fiabilidade global. A análise regular de óleo e lubrificante ajuda a detetar contaminantes como partículas de metal, água e lama, que podem indicar sinais precoces de desgaste de componentes ou contaminação ambiental. As alterações na viscosidade, acidez ou a presença de resíduos de desgaste fornecem informações valiosas sobre o estado dos rolamentos, engrenagens e vedantes. Ao monitorizar continuamente o estado do lubrificante, as equipas de manutenção podem tomar medidas preventivas para reduzir o desgaste e prolongar a vida útil dos componentes da bomba.

Monitorização do desempenho da bomba (PPM)

Em vez de esperar pelo aparecimento de sintomas de avaria, a Monitorização do Desempenho da Bomba (PPM) permite que os operadores acompanhem os principais parâmetros de desempenho em tempo real. Ao monitorizar o caudal, a pressão, a temperatura e o consumo de energia, os desvios dos dados de base podem indicar potenciais perdas de eficiência, bloqueios ou degradação mecânica. A implementação de um sistema de monitorização remota com análise em tempo real permite a deteção precoce de problemas de desempenho, ajudando os serviços de abastecimento de água a otimizar a eficiência da bomba e a evitar tempos de inatividade dispendiosos.

Porque é que uma abordagem combinada é importante

Compreender porque é que as bombas falham e identificar sinais de alerta precoce antes da ocorrência de falhas são essenciais para manter a fiabilidade da bomba. Técnicas de diagnóstico como RCA, ESA e Análise de Vibrações ajudam a determinar a causa das falhas, enquanto abordagens preventivas como PPM, inspeção termográfica e análise de lubrificantes fornecem informações em tempo real sobre o estado da bomba. A utilização de uma combinação destes métodos permite um planeamento de manutenção mais eficiente, reduzindo o risco de interrupções não planeadas e diminuindo os custos operacionais a longo prazo.

Modos de avaria específicos das bombas eléctricas submersíveis (ESP)

Embora todas as bombas enfrentem riscos de falha comuns, as bombas eléctricas submersíveis (ESP) são particularmente vulneráveis devido ao seu funcionamento submerso e à sua conceção complexa. Estes factores introduzem modos de falha únicos que requerem estratégias especializadas de monitorização e atenuação. Seguem-se algumas das vulnerabilidades específicas dos ESP mais comuns e a forma de as resolver.

Degradação do isolamento e falhas eléctricas

Uma vez que os ESPs funcionam debaixo de água, a integridade do isolamento desempenha um papel importante na prevenção de falhas eléctricas. Ao longo do tempo, a exposição a temperaturas elevadas, a infiltração de humidade e o stress mecânico podem enfraquecer o isolamento, aumentando o risco de curto-circuitos e falhas do motor. A realização de testes de resistência do isolamento em intervalos regulares ajuda a identificar a deterioração numa fase inicial, antes que esta conduza a períodos de inatividade.

Bloqueio de gás

Nas aplicações de petróleo e gás, os ESPs são propensos ao bloqueio de gás, uma condição em que o excesso de gás livre no fluido bombeado interrompe o fluxo através dos impulsores. Isto resulta em perda de eficiência, sobreaquecimento e potenciais danos. Para combater o bloqueio de gás, os operadores podem instalar gcomo separadores e ajustar as concepções de admissão para melhorar o manuseamento dos fluidos.

Falha de vedação e entrada de água

Os vedantes mecânicos impedem a entrada de fluidos externos no motor. No entanto, factores como o desgaste, as flutuações de pressão e as alterações de temperatura podem causar a deterioração dos vedantes, levando à entrada de água e a avarias eléctricas. As inspecções regulares dos vedantes e a utilização de dispositivos de equalização da pressão podem aumentar a longevidade dos vedantes e reduzir os riscos de avaria.

Abrasão de areia e sólidos

Os ESPs em aplicações de poços profundos e campos petrolíferos funcionam frequentemente em ambientes que contêm níveis elevados de areia e partículas abrasivas. Estes materiais aceleram o desgaste dos impulsores, difusores e rolamentos, reduzindo gradualmente a eficiência da bomba. A utilização de componentes endurecidos, filtros de areia e accionamentos de velocidade variável ajuda a minimizar o desgaste e a prolongar a vida útil da bomba.

Ao abordar estas vulnerabilidades específicas dos ESP, os operadores podem melhorar o desempenho, minimizar as falhas inesperadas e prolongar a longevidade do equipamento.

Porque é que a Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) é a melhor forma de monitorizar bombas submersíveis?

As bombas submersíveis funcionam em ambientes difíceis e inacessíveis, o que torna os métodos de diagnóstico tradicionais, como a análise de vibrações e a inspeção termográfica, mais difíceis de implementar.

A Análise de Assinatura Eléctrica (ESA) é a abordagem mais eficaz e prática para monitorizar o estado das bombas submersíveis devido às seguintes razões

Monitorização não intrusiva

O ESA analisa os sinais eléctricos (corrente e tensão) do motor sem necessitar de acesso físico à bomba. Uma vez que as bombas submersíveis estão frequentemente localizadas debaixo de água, em poços ou em áreas perigosas, o acesso às mesmas para medições de vibração ou térmicas é difícil e dispendioso. O ESA fornece uma forma remota e não intrusiva de monitorizar o estado da bomba sem interromper as operações.

Deteção precoce de problemas mecânicos e eléctricos

O ESA pode detetar falhas antes de se manifestarem em falhas catastróficas. Ao analisar os desvios nas formas de onda eléctrica, o ESA identifica os primeiros sinais de:

• Avaria no isolamento do enrolamento - provocando o sobreaquecimento do motor e curto-circuitos.
• Desequilíbrios de fase e flutuações de tensão - causando um funcionamento ineficiente do motor e uma avaria prematura.
• Defeitos na barra do rotor - indicando uma potencial degradação dos componentes do motor.
• Desalinhamentos mecânicos e desgaste dos rolamentos - detectada através de variações irregulares da corrente do motor, que se correlacionam com a tensão mecânica.

Deteção de irregularidades na carga e no caudal da bomba

Ao contrário da análise de vibrações, que se concentra principalmente em aspectos mecânicos, a ESA pode diagnosticar questões relacionadas com variações de carga da bomba e problemas de fluxo. As alterações nas assinaturas de corrente eléctrica indicam frequentemente:

• Cavitação - caracterizado por flutuações irregulares de carga e instabilidade do motor.
• Bloqueios nas linhas de sucção ou descarga - reflecte-se num consumo anormal de corrente do motor.
• Desgaste das juntas e do impulsor - aumento do consumo de energia devido ao aumento do atrito ou a ineficiências.

A Análise de Assinatura Eléctrica funciona em qualquer ambiente

Uma vez que o ESA se baseia na análise de sinais eléctricos em vez de leituras de sensores físicos, não é afetado por temperaturas extremas, ambientes de alta pressão ou submersão em líquidos. Isto torna-o ideal para poços profundos, sistemas de águas residuais, aplicações offshore e outras instalações de difícil acesso.

Económica e escalável

Para além da sua precisão de diagnóstico, a AEE é um altamente escalável e eficiente em termos de custos solução para a monitorização de bombas. Ao contrário dos métodos tradicionais que requerem a colocação de sensores diretamente no bem, o ESA fornece conhecimentos remotos a partir do armário de controlo do motor. Isto torna-o particularmente valioso para as indústrias que operam várias bombas submersíveis em locais de difícil acesso.

Com o SCE, os operadores podem:

• Eliminar a necessidade de sensores físicos na bomba - Ao contrário da monitorização da vibração ou da temperatura, o ESA não requer sensores adicionais diretamente instalados na bomba submersa.
• Monitorizar as bombas à distância - O ESA integra-se com sistemas de monitorização de condições baseados na IoT, permitindo a análise de dados em tempo real e a manutenção preditiva sem inspecções manuais.
• Reduzir o tempo de inatividade e as reparações de emergência - Ao prever as falhas com antecedência, o ESA minimiza as avarias inesperadas e optimiza os planos de manutenção.

Conclusão

A prevenção de avarias nas bombas requer uma mudança das reparações de rotina para uma manutenção estratégica e baseada nas condições. Com ferramentas como Análise de Assinatura Eléctrica (ESA), monitorização de vibrações e análise de óleoCom a ajuda do software, as equipas de manutenção podem detetar problemas atempadamente, reduzir o tempo de inatividade não planeado e prolongar a vida útil do equipamento.

Em vez de reagir a avarias, as indústrias podem incorporar fiabilidade nos seus sistemas, tirando partido de dados em tempo real e de diagnósticos preditivos. Esta abordagem não só melhora o desempenho, como também reduz os custos e assegura operações sem problemas e sem interrupções.

Perguntas frequentes sobre avarias nas bombas:

Quanto tempo deve durar uma bomba antes de falhar?

O tempo de vida de uma bomba depende das condições de funcionamento, da frequência de manutenção e do tipo de bomba, mas a maioria das bombas dura entre 5 a 15 anos com os cuidados adequados.

Porque é que a minha bomba está a fazer ruídos invulgares?

Os ruídos estranhos podem ser provocados por cavitação, fugas de ar, rolamentos gastos, danos no impulsor ou desalinhamento.

Porque é que a minha bomba está a vibrar excessivamente?

A vibração excessiva deve-se normalmente ao desalinhamento do veio, desequilíbrio, cavitação, rolamentos gastos ou instalação incorrecta.

O que causa a falha de vedação nas bombas?

Os vedantes gastos, a pressão excessiva, o desalinhamento, as flutuações de temperatura ou a contaminação podem provocar a falha dos vedantes, dando origem a fugas.

As bombas submersíveis são mais propensas a avarias?

Sim, porque funcionam debaixo de água em condições extremas, o que os torna mais vulneráveis a falhas de vedação, entrada de água, problemas eléctricos e avarias no isolamento.

Qual é a melhor forma de monitorizar remotamente o estado da bomba?

A Análise de Assinatura Eléctrica (ESA), a monitorização de vibrações e a monitorização de condições baseada na IoT permitem diagnósticos remotos e em tempo real da bomba.

Que tipo de plano de manutenção devo seguir para evitar a avaria da bomba?

Um programa de manutenção preventiva deve incluir inspecções regulares, lubrificação, verificação de vedantes, análise de vibrações e imagens térmicas em intervalos mensais, trimestrais e anuais.