Centrífuga de Parafuso com Tela: Especificações de Projeto

A centrífuga de parafuso com tela é um equipamento altamente desenvolvido, projetado no âmbito das tecnologias de separação sólido-líquido. Utilizando força centrífuga e um design mecânico cuidadosamente construído, a centrífuga de parafuso com tela opera de forma eficiente e contínua em diversas aplicações industriais. Equipamentos com esse design são capazes de separar materiais difíceis de serem separados por outros tipos de separadores, especialmente aqueles com partículas maiores e características de fluxo únicas. É importante compreender e apreciar as especificações de projeto da máquina para otimizar seu desempenho em diversas atividades em todos os setores. Desde a indústria de processamento químico até a produção de alimentos, a centrífuga de parafuso com tela tem se mostrado um equipamento altamente valioso em todas as operações que exigem separação eficiente e confiável de grandes volumes de materiais.

Função Principal das Centrífugas de Parafuso com Tela

As centrífugas de tela worm são construídas com base em um conceito multifacetado, porém simples. A suspensão que entra precisa passar por forças centrífugas extremas resultantes da rotação rápida do tambor. As partículas sólidas mais pesadas deslocam-se para a parede externa e são retidas pela tela, enquanto o líquido mais leve passa através da tela e sai da centrífuga pela parede. Isso faz com que uma massa sólida do material separado cresça sobre a tela. Essa massa é chamada de 'cake' pela equipe de engenharia.

As peças internas especiais em espiral que operam continuamente são as responsáveis pelo sucesso da operação. Há um parafuso sem-fim que gira a uma velocidade ligeiramente diferente da do recipiente principal, o que é denominado velocidade diferencial. Isso faz com que a espiral impulsione lentamente e constantemente o bolo filtrante sólido até a extremidade de descarga da centrífuga. Ao mesmo tempo, o líquido clarificado segue um caminho diferente de descarga. Esse brilhante método é o único processo totalmente automatizado e contínuo de separação das fases sólida e líquida, tornando-o ideal para processos industriais que não podem ser interrompidos. Todo o sistema funciona sem qualquer esforço manual, e a qualidade constante da saída durante todo o processo é garantida.

Principais características técnicas e sua relevância

Ao avaliar centrífugas de parafuso com tela, alguns detalhes de projeto requerem consideração especial, pois afetam fundamentalmente o desempenho e a adequação para usos específicos. O diâmetro da cuba varia de cerca de 200 mm para modelos menores a 1000 mm para unidades industriais de maior escala. Esta dimensão determina principalmente a capacidade de processamento da máquina, pois diâmetros maiores permitem maiores vazões, embora possam exigir mais potência e consumo de espaço. A velocidade de rotação da cuba, geralmente indicada em rotações por minuto (rpm), atua em conjunto com o diâmetro para gerar a força centrífuga necessária para uma separação eficaz. Dependendo do modelo e dos requisitos da aplicação, as velocidades operacionais comuns situam-se na faixa de 900 a 4000 rpm.

Existe também o fator de separação, definido como a razão entre a aceleração centrífuga e a gravitacional, que é uma característica muito crítica. Quanto maior essa razão, mais potente será a força de separação, com alguns modelos oferecendo fatores de separação de até 2000 G. Essa característica determina diretamente a eficácia da máquina no processamento de materiais finos ou materiais com densidades de sólidos e líquidos próximas. A capacidade de processamento, quantificada em m³/h, também varia desde modelos modestos de 0,5 m³/h até unidades robustas de 30 m³/h ou superiores. Essa característica deve ser muito bem ajustada às exigências de produção para obter a operação mais eficiente da máquina, sem sobrecarregar o sistema.

Antes de entrar em detalhes, é importante estabelecer os extremos norte e sul da gama de modelos, para os fins deste texto, que se limitará a centrífugas acomadic. A faixa mais baixa é de aproximadamente 3 kW para pequenos comp continuados acima, enquanto o valor mais alto é de 75 kW para grandes comp. Portanto, há uma diferença de 10 vezes. Ao analisar a potência mecânica, estrutural e operacional, é necessário haver compatibilidade de potência, o que pode permitir, na faixa operacional adequada, auxiliar na eficiência do resultado energético. A faixa de eficiência operacional em pés quadrados das máquinas maiores é de 3200*2200*2300 mm. No que diz respeito ao planejamento da instalação na instalação própria, pontos sensíveis bem como o peso são fundamentais. Por exemplo, obter um modelo padrão pesando 550 kg para trazer e instalar 6000 kg exige abordagens diferentes. Isso leva à viabilidade de instalação, que desempenha um papel fundamental no planejamento de grandes partições. Ao considerar máquinas com restrições de espaço, o tipo de instalação hospedeira desempenha um papel importante.

Ao utilizar essas centrífugas, é fundamental ter em mente a não compatibilidade da construção ao usar os materiais acima mencionados. O maior contato com os componentes processados será a carcaça externa, sendo assim a seleção mais comum para esta parte aços inoxidáveis dos tipos 316L e 304. Resistência à corrosão, desgaste e abrasão são os fatores principais desses aços inoxidáveis. Para peças ainda mais sujeitas à abrasão, como o transportador helicoidal, esses modelos vêm com proteção especial contra desgaste na forma de borracha elástica absorvedora de choques com peças de ligas duras embutidas, para prolongar ainda mais a vida útil

O sistema de acionamento representa a próxima característica importante a ser considerada. Diversos centrífugos modernos de parafuso helicoidal utilizam dois motores com controle de frequência independente para o tambor e o transportador. Esta configuração permite aos operadores controlar e alterar separadamente a velocidade do tambor e do transportador, possibilitando o ajuste da velocidade diferencial. Esse ajuste da velocidade diferencial é o que determina a secura dos sólidos, a clareza do líquido, bem como a adaptabilidade de todo o processo. O próprio diferencial pode ser feito com diferentes tipos de sistemas de engrenagens, diferenciais hidráulicos ou engrenagens cicloidais de pino. Cada um com suas próprias vantagens para diferentes aplicações, condições operacionais e torque necessário.

Os projetos dos conjuntos de descarga variam conforme cada aplicação diferente. A maioria das centrífugas de parafuso com tela possui sistemas de descarga contínua totalmente automatizados, que permitem operação contínua a todo momento. As configurações exclusivas dos conjuntos de descarga, como portas de descarga, calhas, placas de vertedouro e sistemas de descarga, podem ser personalizadas para atender às necessidades específicas do material e proporcionar fácil integração com sistemas secundários a jusante. Modelos mais sofisticados apresentam uma combinação exclusiva de sistemas de proteção, como controle de vibração, rolamentos e controle do motor, para evitar superaquecimento e controlar excesso de RPM, bem como o torque no transportador. Essas proteções reduzem significativamente o risco de danos e permitem a ativação automática da proteção do sistema por meio da suspensão do sistema quando as condições operacionais estiverem fora dos limites permitidos.

Configurações Personalizadas para Necessidades Específicas

As centrífugas de parafuso com tela vêm em diferentes projetos para atender a diversas necessidades operacionais. O tipo padrão é caracterizado por acionamento com frequência variável de motor único, com regulação contínua de velocidade por meio de redutores cicloideais de pinos ou diferenciais planetários, que o sistema utiliza para manter as diferenças de velocidade entre a rosca e o tambor. Na maioria dos casos gerais, tais configurações são adequadas quando as características dos materiais processados são bastante homogêneas e as condições de processamento não são voláteis.

O tipo de caixa de velocidades mecânica é o próximo passo nessas hierarquias de configuração, personalizada com diferenciais hidráulicos de pequeno volume, mas com grandes momentos de empuxo. Tais configurações são especialmente adequadas para a separação de materiais com grandes tampões de sobretamanho ou com um teor inicial elevado de sólidos, superior ao que as configurações padrão conseguiriam separar. Essas unidades normalmente possuem um sistema de controle com realimentação diferencial e funções de alarme de sobrecarga no terminal de saída, além de alarme de pressão máxima com função de desligamento automático. O controle contínuo online da velocidade diferencial na faixa de 1-30 r/min sem parada do equipamento é uma característica altamente valiosa para a automação de processos em casos nos quais são necessários ajustes frequentes no controle, dado que as condições do processo estão sujeitas a alterações.

Para materiais difíceis em que as características de fluxo se mostram problemáticas, o sistema de alimentação por parafuso apresenta uma vantagem. Esta configuração possui um orifício especializado de alimentação espiral que permite uma alimentação estável e consistente, com pouca ou nenhuma vibração. Este design funciona excepcionalmente bem para o processamento de materiais cristalinos com alta concentração e baixa fluidez, que, em outros modelos, tendem a causar obstruções ou processamento desequilibrado. Graças ao sistema avançado de alimentação, essas centrífugas são capazes de fornecer resultados consistentes com diferentes níveis de viscosidade ou concentração de sólidos ao longo do lote em processamento.

Aplicações Industriais e Compatibilidade de Materiais

A amplitude de aplicações das centrífugas de parafuso com tela em várias indústrias exemplifica sua flexibilidade. Na indústria química, são utilizadas no processamento de diversos cristais, fibras e partículas plásticas, onde a integridade das partículas não é essencial. Na indústria de mineração, essas máquinas são usadas para a classificação de polpas minerais, desaguamento de rejeitos e o tratamento de desaguamento de diversos minérios. Seu design especial com proteção adicional contra desgaste as torna muito adequadas para materiais mais abrasivos processados na indústria mineral.

Outro campo importante no qual essas máquinas podem ser utilizadas é o processamento de alimentos, incluindo o uso de centrífugas parafuso decantadoras para separação de amido, desidratação de proteínas e processamento de polpa de frutas. Nessas áreas sensíveis de processamento de alimentos, superfícies de fácil limpeza e materiais resistentes à corrosão são essenciais para atender aos padrões higiênicos. Na produção de antibióticos, a indústria farmacêutica utiliza essas centrífugas para separar caldo de fermentação e outros processos que exigem separação confiável entre sólidos e líquidos e controle preciso.

Usos relacionados ao meio ambiente dessas centrífugas no tratamento de águas residuais industriais e esgoto doméstico incluem o espessamento e desidratação eficazes de lodo, o que reduz significativamente a quantidade de lodo a ser descartada ou submetida a processamento adicional. A capacidade de operar continuamente é um requisito essencial para essas aplicações de alto volume, nas quais paradas não são permitidas. Sua habilidade de trabalhar com diferentes tipos de lodo e concentrações variáveis de sólidos, sem necessidade de alterações significativas, é um dos motivos de sua popularidade. De fato, muitos desses modelos conseguem processar alimentações que contêm um teor de sólidos muito mais elevado do que o possível com outras tecnologias.

Considerações e Otimização de Desempenho

Para obter o máximo de uma centrífuga de parafuso com tela, várias características operacionais precisam ser avaliadas. Uma delas é o controle da taxa de alimentação. Se a alimentação estiver entrando em uma taxa muito alta, o sistema será sobrecarregado e bloqueado. Se a taxa de alimentação for muito baixa, o sistema perderá eficiência e sofrerá maior desgaste. Os resultados do processamento e fatores influentes, como concentração da alimentação e distribuição do tamanho das partículas, dependem muito das características específicas. O modelo da centrífuga vai determinar como algumas dessas características interagem. Muitas vezes, os operadores tentam otimizar um compromisso entre o descarte de sólidos, o líquido efluente e o teor residual de umidade.

O controle da centrífuga moderna de parafuso sem-fim com tela permite ao usuário ajustar finamente o sistema conforme necessário. Por exemplo, inversores de frequência permitem ajustes mais precisos nas velocidades da cuba e do transportador helicoidal, podendo ser adaptados às exigências da operação. A umidade final do bolo é em grande parte dependente do tempo de residência na zona de separação. Isso é determinado pela velocidade diferencial entre a cuba e o transportador helicoidal. É comum que velocidades diferenciais mais baixas resultem em sólidos mais secos, mas com a desvantagem de menor capacidade. Velocidades mais altas resultam em um teor de umidade maior, mas também com a desvantagem de reduzir a massa de sólidos. Encontrar a velocidade ideal para as demandas de uma aplicação pode exigir alguns ajustes finos, o que geralmente é feito durante a fase de comissionamento.

Ao escolher e utilizar esses dispositivos, nunca se esqueça das considerações sobre manutenção. Modelos com subsistemas completos de monitoramento que acompanham parâmetros como RPM, velocidades diferenciais, vibração, temperaturas dos rolamentos e torque do transportador helicoidal são inestimáveis para evitar paradas não planejadas e custosas. Inspeções de manutenção rotineiras em componentes sujeitos ao desgaste, especialmente espirais do transportador e superfícies da tela, permitem um funcionamento consistente, e as substituições podem ser programadas para evitar falhas. Para maximizar a eficácia da manutenção e garantir que o uso da máquina seja otimizado, a maioria dos fabricantes de máquinas oferece observação na instalação, treinamento operacional e assistência em manutenção.

As tecnologias de separação por centrífuga de parafuso helicoidal oferecem pontos fortes e fracos únicos em comparação com outras opções. Em comparação com prensas filtrantes, permitem operação contínua ao invés de processamento por lotes, oferecem maior automação e ocupam menos espaço. Por outro lado, para alguns materiais, as prensas filtrantes podem ser mais econômicas em aplicações de menor capacidade e podem produzir bolos mais secos. Além disso, as centrífugas de parafuso helicoidal permitem operação contínua, evitam a parada associada à manutenção do meio filtrante, comum nas operações de prensa filtrante e, assim, aumentam a capacidade geral de processamento.

Em comparação com centrífugas decantadoras sem telas, aquelas com telas e parafusos helicoidais conseguem um escoamento mais completo devido à combinação da força centrífuga e da ação da tela. Isso pode resultar em sólidos descarregados mais secos em diversas aplicações, especialmente aquelas que envolvem materiais mais complexos, como cristalinos ou fibrosos. Por outro lado, as centrífugas decantadoras podem reter mais materiais finos e ser uma ferramenta melhor para certas aplicações, especialmente quando os materiais tendem a entupir as superfícies das telas. A escolha da tecnologia depende frequentemente das características específicas do material e dos requisitos do processo.

As peneiras vibratórias e outros separadores baseados em gravidade no mercado tendem a ter custos iniciais e operacionais mais baixos, mas do ponto de vista de separação pura e capacidade, não conseguem competir com os sistemas centrífugos. Em operações de separação fina ou processamento de alto volume, as centrífugas parafuso-tela são frequentemente a solução mais econômica, mesmo com um custo inicial mais elevado. Seu funcionamento contínuo está associado à redução da necessidade de mão de obra em comparação com um sistema manual por lotes, e tanto o custo inicial quanto o operacional da centrífuga costumam ser mais baixos quando se considera o volume de material processado ao longo da vida útil do sistema.

Tendências futuras e desenvolvimentos tecnológicos

Aprimoramentos tecnológicos focados em desempenho, eficiência e usabilidade continuam a moldar a evolução da centrífuga de parafuso com tela. Avanços na ciência dos materiais criam ligas mais resistentes à corrosão e duráveis, que melhoram a vida útil de componentes críticos em aplicações exigentes. Superfícies não tratadas e revestimentos especializados projetados para suportar abrasivos são melhorias que têm o potencial de reduzir a manutenção e os custos. Essas melhorias fazem com que os componentes envelheçam de forma mais gradual e o desempenho permaneça estável ao longo do tempo.

A sofisticação dos sistemas de controle está em ascensão, e controladores lógicos programáveis que permitem a automação completa do processo, incluindo partida, parada e controle em tempo real para otimização, estão se tornando mais comuns. Sistemas mais recentes são capazes de sustentar autonomamente o desempenho ideal sem ajuste manual, controlando e ajustando variáveis no processo. A capacidade de manter o desempenho ideal sem ajuste manual aumentou a eficiência e reduziu os custos. A possibilidade de controlar esses sistemas remotamente, incluindo manutenção preditiva, tem um grande potencial no ambiente industrial.

Outra área de desenvolvimento é a eficiência energética. Para reduzir os custos operacionais e o impacto no meio ambiente, os fabricantes estão trabalhando em dinâmicas de fluidos aprimoradas, projetos de motores mais eficientes e sistemas avançados de gerenciamento de energia. Modelos mais recentes incorporam sistemas de recuperação de energia que capturam e reutilizam energia que de outra forma seria perdida na forma de calor. O foco na sustentabilidade em todos os setores tornará essas melhorias de eficiência cada vez mais influentes na seleção de equipamentos. A melhoria do aprimoramento da separação e o projeto avançado de peneiras e padrões de fluxo para diversos processos são o foco de pesquisas destinadas a elevar ainda mais o potencial dessas máquinas.

Na análise final, a centrífuga de tela worm é uma tecnologia de separação refinada cujos parâmetros são resultado de um projeto avançado aplicado a múltiplos usos. Os parâmetros de projeto incluem dimensionamento fundamental e potência, controle operacional, seleção de materiais dos componentes e integração do sistema. Essas diretrizes de projeto determinarão a tecnologia mais adequada para uma dada exigência operacional. Além disso, essas máquinas, à medida que evoluem em sofisticação tecnológica, projeto e integração com modelos de processamento, continuarão sendo instrumentos industriais de alto desempenho.