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  4. Bombagem segura de produtos químicos com diferentes tecnologias de bombas

Transferência de líquidos perigosos

Os produtos químicos são considerados perigosos se forem tóxicos, altamente corrosivos ou voláteis. Os produtos químicos podem ser perigosos por várias razões; podem afetar a saúde de uma pessoa, causar problemas de litígio em caso de danos graves e podem poluir o meio ambiente e nossa cadeia alimentar, como por exemplo, com pesticidas. 

Para as instalações industriais, estes perigos colocam uma grande responsabilidade sobre o pessoal, procedimentos e equipamentos da planta para que sejam seguros e confiáveis. Este artigo se refere às considerações de bombeamento para o manuseio seguro de vários produtos químicos perigosos.  

O perigo dos produtos químicos

Muitos produtos químicos e solventes são utilizados na produção de todos os tipos de bens de consumo e processos industriais. Esses produtos químicos podem ser usados como parte do processo de produção, como no processamento químico, na indústria farmacêutica ou no tratamento de efluentes.  Os produtos químicos também podem ser usados para limpar, tratar ou terminar produtos, por exemplo, na decapagem de metais ou na limpeza de equipamentos que são usados em processos alimentícios higiênicos (por exemplo, hidróxido de sódio em um processo CIP). Os produtos químicos também podem ser partes constituintes de uma solução como Tolueno ou Metilbenzeno, que são comumente usados como solventes em compostos adesivos, como a super-cola. Quando inalados, estes solventes podem afetar o sistema nervoso central, por exemplo, amnésia e é um desencadeador conhecido do câncer. 

O ácido sulfúrico o ácido mais comumente utilizado na indústria. É usado na produção de fertilizantes e como um eletrólito em baterias de automóveis. O ácido sulfúrico em contato com a pele causará queimaduras graves; portanto, é importante estabelecer o processo de produção de tal forma que o risco de vazamento ao bombear produtos químicos seja eliminado.

A presença de produtos químicos de fundo também é significativa. O ácido clorídrico, por exemplo, pode atacar os olhos, o esmalte dos dentes e o sistema respiratório, causando implicações a longo prazo para a saúde dos funcionários. Quando o produto químico é altamente venenoso, como o ácido fluorídrico ou volátil, como a acetona, é fundamental minimizar a presença de vapor de fundo para a segurança da planta como um todo.

Muitas vezes os produtos químicos chegam à fábrica em tambores ou recipientes, dos quais são transferidos para a área de produção para reatores, tanques de armazenamento ou linhas de produção. Durante o processo de produção, eles são diluídos, misturados com outros produtos químicos ou sólidos em suspensão. medida que o produto químico se mistura com diferentes tipos de materiais, pode ser necessário passar por um sistema de filtração para recuperar o produto químico original. Como esses produtos químicos representam uma ameaça ao ambiente local, eles requerem manuseio de tal forma que um risco de vazamento ou incidente seja mitigado ou removido completamente.

Operação sem vazamentos e contenção da mídia

O sistema de vedação é um aspecto crítico para a operação segura de uma bomba. 

“Uma bomba é apenas tão boa quanto seu selo" é um ditado conhecido no mundo das bombas industriais. O princípio de bombeamento muitas vezes impõe limitações ao tipo de vedação que pode ser usado. Isto é explicado em detalhes ao comparar bombas seladas por eixo com bombas sem vedação.

Bombas seladas por eixo rotativo

A maioria das bombas seladas por eixo, por exemplo, bombas de lóbulo rotativo, bombas centrífugas, bombas de engrenagens e bombas de palhetas requerem um mecanismo de vedação entre o eixo rotativo e o líquido a ser bombeado.

O método mais simples é usar a embalagem glandular. Uma desvantagem ao usar anéis de embalagem é a geração de calor, que pode causar problemas em áreas perigosas explosivas. Além disso, uma embalagem só pode funcionar usando o líquido bombeado como lubrificante e líquido refrigerante para os anéis de embalagem. Um gargalo de vedação precisa de manutenção contínua, pois devido ao desgaste abrasivo, os anéis de vedação precisam ser apertados, porém o risco inerente de vazamento está sempre presente. Este problema pode ser exacerbado por fluidos que se cristalizam em contato com o ar, tais como vernizes que aumentam o desgaste abrasivo da gaxeta.

Para diminuir o risco de evaporação do líquido, a embalagem da glândula pode ser equipada com um anel de lanterna e um supressor. Entretanto, o líquido bombeado ainda pode penetrar através dos anéis de embalagem, que estão antes do anel da lanterna e serão diluídos no líquido de têmpera. No caso do nível do fluido de barreira e/ou queda de pressão, um alarme será acionado, indicando uma falha e para que a bomba seja reparada. Para o usuário final, este tipo de instalação da bomba é dispendioso em termos de selos de reposição, fluido de barreira, tempo de descarga e encaixe, bem como o custo do tempo de parada. Caso o sistema não seja alarmado, um vazamento catastrófico é inevitável.

Selos mecânicos

Um selo mecânico proporciona uma solução mais segura e é uma característica muito mais comum em bombas de processo do que as glândulas embaladas. O selo mecânico tem o benefício adicional de uma tensão de carga suspensa criando uma face de vedação contínua com o líquido do processo atuando como lubrificante e refrigerante entre as faces de vedação. Como o selo mecânico está girando contra uma face estacionária, o selo estará sujeito a desgaste abrasivo. O resultado do uso de um único selo mecânico pode ver o fluido 'chorando' e evaporando, causando uma presença de fundo de produto químico vaporizado ou, pior, uma 'liberação para a atmosfera' do líquido. 

Quando um sistema de vedação mecânica dupla estiver instalado, o selo primário exigirá uma inspeção e eventualmente a substituição ou uma falha do selo por desgaste abrasivo causará uma queda na pressão ou no nível do fluido no têmpera, criando um alarme para o operador. Caso a bomba não seja alarmada ou não seja atendida, o selo secundário também pode falhar, causando uma liberação para a atmosfera.

É raro ver um incidente de liberação para a atmosfera com uma bomba mecânica dupla selada; entretanto, o uso deste sistema não vem sem um custo financeiro. O sistema de resfriamento pressurizado requer um sistema de termo-sifão e/ou uma bomba extra para manter a pressão, além do custo de 4 faces de vedação e do custo de mão-de-obra para instalação, inspeção e manutenção. 

Bombas sem vedação 

Embora denominadas "sem vedação", estas bombas têm de fato vedações, geralmente anéis o-rings criando uma vedação estática entre as faces de flange das seções da carcaça. O aspecto crítico é onde as vedações estão localizadas, pois o termo "sem vedação" refere-se à bomba sem vedação do eixo em contato com as partes móveis, de modo que não estão sujeitas ao desgaste abrasivo de um mecanismo rotativo. O fluido é manipulado em uma câmara fechada da bomba, como em bombas de acionamento magnético, bombas peristálticas e bombas de diafragma duplo operadas a ar. 

Desde que os materiais que entram em contato com o fluido do processo sejam quimicamente compatíveis, a bomba proporcionará contenção total.

A solução mag drive

As partes molhadas das bombas de acionamento magnético são geralmente feitas de aço inoxidável, plástico ou metal revestidas com um polímero, como o ETFE. Um revestimento pode ser uma excelente solução, pois proporciona a resistência química contra fluidos corrosivos, bem como a resistência e durabilidade de uma carcaça metálica. Muitas bombas de acionamento magnético operam em processos durante anos, mesmo décadas sem qualquer problema de avaria. Isto se deve à robustez inerente do princípio de funcionamento. Sob condições normais de trabalho, a única peça desgastável é o conjunto do mancal, que normalmente deve ser inspecionado a cada 2 anos com uma vida útil esperada de 5 anos se o líquido estiver limpo e não abrasivo. Muitos fabricantes de produtos químicos com zonas classificadas pela ATEX, refinarias e locais remotos padronizam as unidades de acionamento mag devido ao desempenho e confiabilidade dessas unidades.

Quando um fluido é mais viscoso que 200-250cPs ou contém sólidos, as bombas de acionamento mag seriam inadequadas, pois o fluido não entrará na trajetória de fluxo com facilidade suficiente, bem como cargas excessivas sendo colocadas sobre os conjuntos de mancais e ímãs. Sólidos duros como grãos ou areia certamente desgastarão a bomba muito rapidamente e até mesmo causarão falhas catastróficas se o sólido for maior. Nesta fase, um princípio de deslocamento positivo seria mais apropriado. Um exemplo disto pode ser na fabricação de tintas e vernizes onde resinas venenosas e viscosas contendo compostos de cianeto estão em uso.

A alternativa de deslocamento positivo

Usando uma mangueira flexível para canalizar o fluido e um rotor para fornecer a propulsão e sucção, uma bomba peristáltica é outra solução sem vedação para o manuseio de fluidos perigosos.

Quando um produto químico é altamente abrasivo, como polpa de calcário ou sujeito a desgaseificação, como hipoclorito de sódio, o princípio peristáltico é ideal para o manuseio de fluidos tão difíceis. 

A mangueira em si pode ser produzida a partir de vários compostos de borracha, como borracha natural, nitrilo, EPDM e Hypalon. A cada revolução do sapato e do rotor, a mangueira sofre compressão e liberação, confiando nas propriedades elásticas e duráveis da mangueira. Isto elimina os termoplásticos e materiais metálicos devido a sua natureza frágil e rígida. 

As bombas peristálticas são, portanto, limitadas no bombeamento de solventes e outros produtos químicos que não são compatíveis com a borracha. 

Ao longo da vida útil da mangueira, a elasticidade da mangueira de borracha se degradará, reduzindo a capacidade de sucção e a vazão. Conhecida como 'spellation', como a mangueira é propensa ao desgaste, pedaços de borracha podem começar a se quebrar da mangueira e serão transferidos para o líquido. 

Todas as mangueiras estão sujeitas a desgaste e eventualmente falharão, resultando na ruptura da mangueira, fazendo com que o líquido do processo entre no invólucro, comumente feito de ferro fundido ou alumínio. As bombas peristálticas podem ser equipadas com proteção contra ruptura da mangueira, o que detecta um acúmulo de pressão. O acúmulo de pressão aciona um sensor para que a bomba seja atendida. Se a bomba for deixada sem vigilância, o funcionamento interno da bomba, como a própria carcaça, o conjunto de rolamento e acionamento e até mesmo a caixa de engrenagens podem ser danificados além do reparo, uma vez que estes só são protegidos por uma simples vedação labial que é facilmente quebrada em um acúmulo de pressão e/ou ataque químico do líquido do processo.

Bombas de diafragma duplo operadas a ar

 

As bombas padrão de diafragma duplo a ar (AODD)  são feitas de metal ou plástico moldado por injeção, como Polipropileno ou PVDF. Estes materiais podem manusear a maioria dos produtos químicos e solventes comuns; entretanto, para alguns compostos químicos é difícil selecionar o material correto da bomba. Se forem necessárias temperaturas mais altas, as bombas de plástico moldado são limitadas a +90°C.  Os diafragmas podem ser feitos de diferentes materiais (borrachas ou termoplásticos), mas para produtos químicos e solventes são usados principalmente diafragmas de PTFE. Os diafragmas separam o líquido bombeado da câmara de ar.

Diferentes seções da bomba podem ter restrições devido às propriedades dos materiais como rigidez, limitações de temperatura, resistência química ou despesas. Um exemplo pode ser uma seção de ar de polipropileno e a carcaça da bomba feita de PVDF. 

No caso de uma ruptura do diafragma, o líquido passará o diafragma e entrará na seção de ar. Se este não for feito de um material 100% resistente quimicamente, a seção de ar será atacada pelo meio. Um sensor de detecção de vazamento colocado na seção de ar pode ajudar a detectar uma ruptura dos diafragmas, mas está longe de ser o ideal, pois os sensores são colocados no lado do ar da bomba. A detecção de uma ruptura só ocorrerá quando os produtos químicos bombeados já tiverem escapado para o ar comprimido e puderem ser movidos para fora da bomba para a atmosfera antes que os sensores detectem a ruptura.

Bombas AODD químicas especializadas

Projetadas e fabricadas especificamente para o manuseio de produtos químicos corrosivos nos ambientes mais perigosos, as bombas AODD usinadas feitas de puro PTFE virgem estão disponíveis para as aplicações mais críticas.

O PTFE virgem é quimicamente inerte, portanto, não reagirá com nenhum meio. Infelizmente é impossível usar um processo de moldagem por injeção para PTFE virgem; portanto, bombas feitas deste material requerem usinagem a partir de um bloco sólido de material. Os usuários finais se beneficiam, pois ao usar esta bomba eles podem manusear qualquer produto químico ou solvente sem risco de corrosão causando uma liberação de fluidos perigosos.

Quando a área de operação é classificada como perigosa devido ao risco de explosão (ATEX), uma pequena quantidade de carbono pode ser adicionada ao PTFE. As moléculas de carbono são completamente cercadas por moléculas de PTFE, portanto as propriedades químicas permanecerão as mesmas, porém o carbono tornará o PTFE eletricamente condutivo para atender às exigências das diretrizes européias ATEX 94/9/EG.

Medidas extras de segurança

Como em todas as bombas AODD, ocorre o mesmo problema de ruptura do diafragma, com o líquido bombeado entrando no lado do ar da bomba. Como este tipo de bomba é usinado e não moldado, é tecnicamente fácil e econômico adicionar acessórios como câmaras de barreira e canais de drenagem para adicionar uma linha extra de segurança para a força de trabalho e o ambiente ao redor.

Câmaras de barreira

Uma câmara de barreira é uma solução para o problema inerente de uma ruptura do diafragma, que permitiria que um fluido perigoso entrasse na câmara de ar e eventualmente saísse através do escapamento antes que um sensor possa desligar o fluxo do líquido.

O sistema de barreira funciona adicionando um diafragma adicional entre o ar e o fluido de processo para atuar como uma barreira se o diafragma primário se romper. Isto cria uma câmara adicional, que é preenchida com um fluido neutro, como água desmineralizada e dois sensores que detectam a presença do fluido neutro e outro para o estado de condutividade elétrica do fluido. Em caso de falha do diafragma, o fluido perigoso altera o estado do fluido neutro, resultando em uma mudança de condutividade, que é revezada pelo sensor para alertar o operador.

Drenos

Devido ao princípio de funcionamento de um AODD, uma das câmaras da bomba será sempre preenchida com líquido, mesmo quando a bomba estiver parada. As esferas da válvula de sucção impedem o fluxo de líquido da bomba. 

Quando um sistema de bomba precisa mudar de um meio para outro, é importante que nenhum líquido permaneça na câmara da bomba para evitar contaminação cruzada e reações químicas na bomba quando o novo líquido entrar na câmara da bomba.

Quando a manutenção é realizada, também é importante que as bombas não contenham líquido nas câmaras da bomba.

Como as paredes de uma bomba AODD usinada sólida são relativamente grossas, é possível perfurar canais na carcaça lateral sem afetar a integridade estrutural da carcaça. Estes canais de drenagem tornam possível drenar a bomba antes de mudar para outro meio ou antes de iniciar os trabalhos de manutenção. 

Sumário

Os pontos críticos na escolha de uma bomba para manusear produtos químicos e solventes perigosos são: