Case study: redução dos custos de manutenção das bombas na Indústria

Para piorar a situação, as condições de serviço relacionadas com o processo, como sejam funcionamento a “seco” ou funcionamento num ponto que não seja o ponto óptimo de funcionamento da bomba, tendem a aumentar o desgaste das bombas. Por estas razões, as empresas da indústria de processo têm de despender enormes quantidades de dinheiro e esforço para manter a produção.
Na maior refinaria de derivados de alcatrão do mundo (Rutgers Chemicals AG, na Alemanha, ver fig. 1), os aromáticos com base de carbono, os óleos de alto grau e os destilados são produzidos durante o ano inteiro. Isto é realizado, praticamente, sem resíduos, com a ajuda de processos físicos de separação.

A situação

O líquido intermédio e os produtos finais são transferidos por um número considerável de bombas centrífugas. A refinaria tem aproximadamente 1350 pontos de bombagem, onde cada ponto tem uma ou mais bombas de diferentes tipos em funcionamento. Em 2010 estas bombas tiveram um custo de manutenção de aproximadamente 1,2 milhões de Euros. Como este valor é muito relevante, a empresa decidiu realizar uma inspecção mais pormenorizada aos custos dos equipamentos. A análise revelou que 350.000 €, ou seja 30% dos custos totais com manutenção, eram gerados por apenas 40 pontos de bombagem. Para serem capazes de tirar a maior vantagem sobre o potencial de redução de custos nestes 40 pontos de bombagem, os especialistas de bombagem desta refinaria chegaram à conclusão que necessitariam de fazer uma parceria com uma entidade especializada, que os ajudasse a encontrar o melhor caminho para prolongar a vida útil dos equipamentos.

A refinaria escolheu a KSB porque aproximadamente dois terços das bombas instaladas eram de fabrico KSB e também porque este fornecedor tem disponível um serviço inovador  chamado “Total Pump Management” (gestão total das bombas, ver fig. 2), que consiste numa série de módulos que podem ser adaptados às necessidades de cada cliente.

Esta parceria implicou que especialistas das duas empresas se reunissem regularmente para fixar os detalhes técnicos da sua colaboração, que os responsáveis das duas empresas apresentassem relatórios de progressos e tomassem decisões sobre o capital a despender e sobre o calendário de implementação das acções a tomar, bem como que a KSB participasse nos ganhos na redução de custos levada a cabo pelos esforços combinados.

O objectivo inicial desta parceria era atingir uma redução de custos de 25% dos custos totais de manutenção dos 40 pontos de bombagem mais críticos (ver fig. 3).

A análise

Depois de identificados os locais com os maiores custos de manutenção, foram realizadas análises de falha a quinze equipamentos incluídos nestes locais. As várias análises revelaram que as avarias mais frequentes diziam respeito a:

Tipo 1: Avarias causadas por corrosão e abrasão nos componentes em contacto com o fluido

Tipo 2: Avarias relacionadas com desgaste de componentes

Tipo 3: Falhas nos empanques mecânicos e nos empanques de cordão

A natureza dos fluidos envolvidos no tipo 1 é ditada pelos processos químicos. Nesta área, a escolha de materiais diferentes (mais adequados), muitas vezes, resolve este problema. No segundo caso, as melhorias podem ser atingidas pela afinação dos pontos de funcionamento das bombas às condições do sistema ou pela instalação de bombas mais adequadas para a aplicação em causa. A determinação do sistema de selagem do veio correcto para pôr um fim às falhas do tipo 3, é normalmente realizada em colaboração com os fabricantes de empanques.

As soluções

Coluna de destilação

Os detalhes das actividades conjuntas são ilustrados usando o exemplo duma bomba química standard instalada num ponto de bombagem chamado “coluna de destilação”, com duas bombas. Neste ponto, o alcatrão está a uma temperatura de cerca de 350 ºC e é obrigado a passar por uma série de estrangulamentos. Os componentes voláteis saem do alcatrão e perdem-se. Os componentes pesados caem através da coluna. As bombas instaladas nesta localização sofrem, frequentemente, danos nos impulsores e corpos. Os rolamentos também apresentam uma taxa de avaria elevada. Os custos de reparação durante o ano 2010 para estas duas bombas teve um valor de 12.500 €. Após uma análise das avarias ocorridas, verificou-se que a causa não estava nas bombas, mas sim na forma como estas funcionavam. As bombas estavam previstas para funcionar de três formas diferentes:

• bombear o fluido para a coluna de destilação, ou
• transportar o fluido para um ponto auxiliar para posterior processamento, ou
• enviar o fluido para um tanque de armazenamento, para transporte posterior.

Quando o sistema está no processo de destilação, as bombas têm de funcionar contra uma contra-pressão elevada. Isto significa que funcionam com uma pressão bastante elevada e com um caudal muito reduzido. A contra-pressão é significativamente inferior quando o fluido é bombeado para o ponto auxiliar ou para o tanque de armazenamento. A bomba funciona então na parte esquerda da curva característica. Isto leva à cavitação e a um elevado nível de vibrações. Adicionalmente, o funcionamento a “seco” causa avarias na vedação do veio. Fugas de fluido pelos empanques de cordão levam ainda a avarias dos rolamentos de esferas e sujam a instalação. Num primeiro passo, foi decidido aumentar o nível do tanque de aspiração de 35% para 45%. Isto aumenta a pressão de aspiração e elimina de vez o funcionamento a “seco”. A montagem de um empanque mecânico significa uma redução considerável dos níveis de fuga. Não existiram mais avarias e, consequentemente, custos de reparação, desde que foram implementadas estas acções de melhoria. Baseados na experiência ganha nesta área, foi construída uma nova instalação provida de variação de velocidade, com o intuito de melhor adaptar os caudais às variações exigidas pelo processo e de manter as bombas a trabalhar nos pontos de rendimento mais elevado, reduzindo assim as vibrações e o consumo energético, e eliminando a cavitação.

Zona de armazenamento

Um exemplo ainda melhor é o dos custos gerados por oito bombas químicas instaladas num tanque de armazenamento (ver fig. 4). Os corpos das bombas apresentavam um grau de desgaste por abrasão de tal forma elevado, que havia a necessidade de adquirir quatro novos corpos anualmente. A vida útil de cada bomba era de aprox. 6 a 8 meses e os custos de reparação eram de cerca de 43.500 € por ano. Uma análise à forma como as bombas funcionavam revelou que as bombas tinham de cumprir dois pontos bastante diferentes. Elas eram usadas como bombas de circulação para assegurar a homogeneidade do fluido. Para este tipo de funcionamento, as contra-pressões são bastante baixas. Todavia, as mesmas bombas eram também usadas para bombear o fluido quente para o ponto de carga, onde as bombas têm de ter uma altura superior, para vencer as perdas de carga. Também neste caso a situação existente leva a desgaste por abrasão e cavitação. Os corpos, severamente danificados, foram enviados para a fábrica da KSB para serem analisados no laboratório de materiais. Para grande surpresa de todos, foi aí considerado que era possível efectuar a sua reparação. Sobre recomendação dos especialistas de materiais da KSB, foram fabricados novos impulsores em Noriloy®, um material especial desenvolvido pela KSB (ferro fundido com crómio e molibdénio), com elevada resistência ao desgaste. Os anéis de desgaste foram fabricados em Norichrom®, outro material especial desenvolvido pela KSB, um aço triplex duro. O custo de reparação e melhoramento dos corpos antigos teve um valor de cerca de 40% do preço de um corpo novo, e demonstrou potencial para uma maior redução dos custos. A experiência adquirida nesta instalação provou que as conversões aqui realizadas deveriam ser estendidas a outras instalações. Depois de funcionarem mais de 5.000 horas, as bombas reparadas mostram apenas sinais insignificantes de desgaste e no final a sua vida útil foi prolongada por mais 17.000 horas. Depois de modificadas todas as bombas dos tanques de armazenamento, os custos de manutenção anuais desceram de 43.500 € para 12.000 €.

Zona de saturação

O terceiro exemplo da redução nos custos de reparação envolveu duas bombas instaladas na zona de saturação. Estas bombas sofrem com a solidificação dos bicarbonatos no interior dos impulsores, que causam o seu entupimento depois de um curto período de funcionamento. De forma a manter o sistema operacional, as bombas tinham de ser limpas com vapor o qual, por sua vez, danificava os rolamentos.

Sobre estas condições adversas, o período de funcionamento sem avarias numa bomba era não mais de 4 a 5 semanas. Os custos de reparação das duas bombas no ano 2010 foram de cerca 12.000 €. Para testar, uma das duas bombas foi substituída por uma bomba de acoplamento magnético e com revestimento plástico. Como o revestimento plástico tem uma superfície muito lisa, só uma pequena quantidade de carbonatos aderia às superfícies do impulsor e do corpo. Os depósitos de carbonatos remanescentes, puderam ainda ser facilmente removidos por uma injecção regular de ácido hidroclorídrico de 10 em 10 semanas. A maior passagem de sólidos do impulsor fez também uma eficiente eliminação de sólidos maiores. Ao fim de 2,5 meses de funcionamento, a bomba de teste funcionava ainda sem qualquer problema. Os planos para construção de uma nova unidade de saturação incluíram já a instalação de bombas deste tipo. Entretanto, esta nova instalação já foi construída e funciona com sucesso.

Conclusão

O funcionamento de bombas centrífugas na indústria de processo muitas vezes significa que as bombas e os materiais de que são fabricadas têm de aguentar as piores condições. A optimização da bomba às condições de funcionamento começa com a selecção do tipo de bomba correcto, o tamanho de bomba correcto e os materiais da bomba correctos. Quaisquer alterações às características das tubagens, sejam elas de curta ou longa duração, afectam sempre o ponto de funcionamento das bombas em causa e, consequentemente, a sua fiabilidade. Ao cumprir as condições de funcionamento para as quais a bomba foi inicialmente seleccionada (fluido, temperatura, pressão de aspiração, funcionamento próximo do seu ponto de rendimento máximo) os custos de manutenção, o consumo energético e o impacto ambiental podem ser todos reduzidos.

Os exemplos atrás mostram que é possível atingir a meta de 25% de redução nos custos de manutenção e reparação, através dos esforços combinados do utilizador e do especialista nos equipamentos.

João Leite, Director Geral