Bombeamento de fluidos de alta viscosidade para a fabricação de pellets de plástico
A NFM / Welding Engineers Inc., líder e fabricante de sistemas de extrusão para os setores de borracha e plásticos, solicitou à Milton Roy que desenvolvesse uma solução para um usuário final localizado na China para bombear e medir um produto de polímero altamente viscoso. A Milton Roy respondeu personalizando a bomba Megaroyal® para se encaixar perfeitamente na aplicação do usuário.
Com sede em Ohio (EUA), a NFM Welding Engineers pode fornecer sistemas completos de extrusão prontos para uso para organizações que operam no setor de produção de pellets de plástico. Em um esforço para atender a uma solicitação de um de seus clientes na China, a empresa de engenharia recorreu à experiência da Milton Roy para incorporar uma bomba ao processo do cliente que fosse capaz de bombear uma solução de mistura de polímeros especialmente viscosa. Liem Chau, gerente global de produtos da Milton Roy, explica: "Tivemos que criar uma solução com potência suficiente para injetar um produto extremamente viscoso (mais de 10.000 centipoise) em altas temperaturas." Os fabricantes precisam manter taxas de produção elevadas para acompanhar o nível crescente de demanda no mercado asiático de pellets de plástico, o que significa que eles precisam de bombas eficientes que ofereçam altas taxas de fluxo.
ENTREGA DE QUATRO UNIDADES DE BOMBAS MEGAROYAL
O processo do cliente incluía uma solução de polímero alimentada por um tanque pressurizado e aquecida a 90°C (194°F). As bombas são necessárias para injetar o produto por meio de um sistema de pré-aquecimento e em um tanque de reserva, seguido pela máquina de extrusão. Em seguida, o produto é resfriado com água e cortado em pellets por uma lâmina afiada rotativa. Para essa aplicação específica, a Milton Roy propôs a bomba monobloco triplex Megaroyal, que é usada com frequência nos setores de petróleo e gás e químico devido à sua conformidade com a norma API 675. "Em 2019, a Milton Roy forneceu quatro bombas Megaroyal para essa unidade de produção", aconselha Liem Chau. "As bombas precisam operar continuamente nesse processo de missão crítica, em que a menor interrupção da produção seria um problema. A bomba isolada atende às exigências do cliente, oferecendo uma alta vazão de 2245 GPH (8,5 m3/h) e, ao mesmo tempo, suportando variações na pressão de descarga."
DESTAQUE PARA A TECNOLOGIA
A tecnologia de dosagem de PTFE com diafragma duplo incorporada à bomba Megaroyal é a mesma tecnologia usada na série de bombas Primeroyal® há mais de 20 anos, o que proporcionou a Milton Roy um conhecimento e uma visão real do processo de dosagem. A bomba Megaroyal pode fornecer vazões de até 50 m3/h (220 GPM) e suportar pressões de descarga de até 252 bar (3655 psi). Os usuários finais estão procurando orientar a produção de acordo com a demanda, o que explica por que desejam obter uma flexibilidade superior usando um motor de velocidade variável que pode reduzir os tempos de produção em uma proporção de 1:5. A bomba Megaroyal está disponível com três tamanhos diferentes de extremidade de líquido.
ELEVANDO O NÍVEL DE SEGURANÇA DAS INSTALAÇÕES
A bomba Megaroyal é equipada com uma válvula de reabastecimento interna que controla automaticamente o óleo hidráulico para garantir uma taxa de fluxo consistente e precisa. Esse sistema também garante um desempenho confiável, mesmo no caso de uma válvula de sucção bloqueada. "Nossas bombas incorporam uma válvula de alívio de pressão interna para proteger a bomba e são equipadas com uma válvula pilotada hidraulicamente que protege o diafragma contra ruptura", explica Liem Chau. Também usamos um sistema de detecção de vazamentos com diafragma duplo. No caso improvável de um vazamento do diafragma, um sensor de pressão detecta um aumento de pressão e envia um sinal de alerta para a sala de controle. A bomba continuará operando até o final do lote de produção, mesmo com um diafragma danificado." O diafragma duplo da bomba Megaroyal permanece hermeticamente vedado para evitar a possibilidade de vazamentos externos. É por isso que esse modelo é perfeitamente adequado para produtos tóxicos, perigosos e radioativos.
MINIMIZANDO A PERDA POR ATRITO
O fluido que precisa ser bombeado é especialmente importante para o usuário final. O fluido de alta viscosidade, combinado com a necessidade de manter uma temperatura específica, acrescenta outra camada de complexidade ao processo. Se o líquido esfriar, a viscosidade aumentará e a bomba não fornecerá a vazão correta, com o risco de um gargalo nas válvulas de retenção. Como o produto é extremamente viscoso, a seção transversal da área e os tamanhos das válvulas de retenção foram aumentados para reduzir qualquer perda por atrito e garantir um bombeamento sem cavitação. Gaëtan Spude, gerente de P&D da Milton Roy, explica: "Com uma alta pressão de vapor de 14,7 bar (213 psi) e uma pressão de sucção mínima de 17 bar (246,5 psi), a diferença entre o NPSHa e o NPSHr, ou seja, entre a pressão de sucção disponível no sistema e a pressão de sucção necessária para a bomba, é bastante baixa. A viscosidade causa rapidamente a perda de atrito, portanto, a área da seção transversal deve ser aumentada." Por outro lado, é importante levar em conta a compressibilidade do fluido. O superdimensionamento da área da seção transversal e do volume de fluido na bomba dosadora perderia rapidamente a taxa de fluxo. Gaëtan Spude continua: "Se um fluido for comprimido em 10%, a perda de pressão será muito maior do que 10%. O volume sujeito ao efeito da pressão positiva/negativa é muito maior do que a capacidade da bomba, que atua como um multiplicador. Portanto, tivemos que encontrar o equilíbrio certo entre evitar áreas de seção transversal muito grandes para evitar uma queda na taxa de fluxo e ter áreas de seção transversal grandes o suficiente para evitar a cavitação na bomba. Para atingir esse objetivo, realizamos cálculos de CFD (Computational Fluid Dynamics)." Ao mesmo tempo, a bomba Megaroyal limitou as perdas por atrito na tubulação devido a uma mudança de fase entre os três êmbolos de uma bomba triplex. Milton Roy se deparou com o desafio de conciliar compressibilidade e viscosidade.
NFM SATISFEITO COM A SOLUÇÃO
Um dos parceiros de canal da Milton Roy, a Industrial Pump & Equipment Corp. (IPEC) e os engenheiros de vendas nos EUA trabalharam com os engenheiros de soldagem da NFM para adaptar a bomba com base em um modelo padrão da Megaroyal. O usuário final ficou muito satisfeito com a solução. A NFM Welding Engineers está atualmente trabalhando em uma nova linha de produção com o mesmo modelo de bombas Megaroyal. "As quatro bombas tiveram um bom desempenho. A primeira instalação também nos permitiu verificar a precisão de nossos cálculos no local", diz Gaëtan Spude. "Os resultados de campo mostraram que atingimos as taxas de fluxo necessárias. Propusemos uma bomba com velocidade de 117 golpes por minuto e esperávamos atingir a taxa de fluxo desejada com 94 golpes por minuto, e foi exatamente isso que aconteceu."
LE JOURNAL DES FLUIDES | MARÇO 2021