( Ref. Bibliográfica: [1],[2] e [5] )

1.1. Definição

O fenômeno da cavitação ocorre quando bolhas ou bolsas de vapor se formam em um escoamento líquido, como consequência de reduções locais na pressão (por exemplo, em certas regiões das pás de bombas ou turbinas hidráulicas).

A pressão no local de início da cavitação pode ser igual ou menor do que a pressão de vapor do líquido, dependendo do número e da distribuição de partículas no líquido, às quais pequenas bolhas de gás ou ar não dissolvido podem se agregar.

Essas partículas agem como locais de nucleação para iniciar a vaporização. O crescimento e o colapso ou implosão destas bolhas de vapor, adjacentes a superfícies sólidas, podem causar sérios danos por erosão nas superfícies do material.

1.1. Pressão de vapor

A pressão de vapor de um líquido é a pressão absoluta na qual o líquido vaporiza ou converte-se em gás, à uma temperatura específica, veja o Gráfico 1.

Normalmente sua unidade é expressa em bar(a) ou kPa. A pressão de vapor de um líquido aumenta com sua temperatura. Portanto, esta pressão deve ser informada em conjunto com a temperatura do líquido.

A título de exemplo examinemos a seguinte condição:

Ao nível do mar, a água entra em ebulição a 100ºC, à pressão atmosférica de 1,013 bar. Se desejarmos aumentar esta temperatura, devemos dispor de uma caldeira ou vaso de pressão, dimensionados para pressões acima de 1,013 bar.

De fato, nos Andes a 4.600m acima do nível do mar, a pressão atmosférica local é de 0,573 bar ao invés de 1,013 bar, sabe-se que nesta região a água entra em ebulição a 84,4ºC. Portanto, a 84,4ºC podemos dizer que a pressão de vapor de água é de 0,573 bar aproximadamente.

1.3. Os efeitos da cavitação

Em um escoamento no interior de tubos metálicos ou bombas centrífugas, as bolhas de vapor podem formar-se em regiões de baixa pressão e colapsar logo adiante em regiões com pressão mais elevada. Quando as bolhas colapsam, o líquido circundante colide com as partes metálicas, na velocidade do som dentro do meio fluido. Isto traduz-se por um ruido característico, parecendo bolas de gude ou pedras colidindo com as partes metálicas.

O som viaja a uma velocidade de 1.463m/s na água. A energia por velocidade, por unidade de peso (velocity head), em uma bolha implodindo por cavitação, pode ser calculada da seguinte forma:

Convertendo esta energia em energia de pressão temos:

Portanto, baseando-se na equação da carga manométrica por velocidade, uma bolha de cavitação, após sua implosão aplica uma pressão súbita de 10.702 bar nas partes metálicas das bombas ou tubos.

Experiências realizadas em laboratórios de hidráulica, utilizando cálculos e técnicas mais precisas, chegaram a esforços de 1Gigapascal ou 10.000 bar.

Isto explica a aparência dos efeitos da cavitação em tubos e partes internas de bombas, ou seja, parecem marcas profundas feitas por martelos de bolas no corpo do rotor ou carcaça, com possível arrancamento de material nas extremidades metálicas destes componentes. Conforme mostra a Figura 2.

2. A CAVITAÇÃO EM BOMBAS CENTRÍFUGAS

( Ref. Bibliográfica: [3] )

Abaixo, descreve-se a cavitação em bombas centrífugas, suas consequências e meios de evitá-las.

2.1. Descrição do fenômeno na bomba centrífuga

Como regra geral, no interior da bomba, a pressão diminui no olho do rotor, devido a um aumento da velocidade do fluido. Por esta razão o fluido pode entrar em ebulição parcial, na temperatura de bombeamento. Por exemplo nesta região a pressão pode abaixar para apenas 0,07 bar(a), então a água poderá vaporizar a 38ºC, apenas.

Quando a cavitação ocorre em uma bomba, sua eficiência fica reduzida. Podem também surgir repentinas perturbações no escoamento e queda de pressão no bocal de descarga.

Neste ponto, convém mencionar dois parâmetros de suma importância na prevenção da cavitação em bombas centrífugas, são eles o NPSHa (net positive suction head available), calculado pelo usuário e o NPSHr (net positive suction head required), calculado pelo fabricante da bomba. Ambos serão abordados com mais profundidade no decorrer do texto.

Como já mencionado sumariamente em capítulos anteriores, os efeitos perceptíveis da cavitação são ruídos e vibrações emanados do corpo da bomba. Se a bomba opera nas condições de cavitação por um determinado tempo, podem surgir os seguintes danos ao equipamento:

• Marcas de erosão (pitting) nas pás do rotor e na parte interna da voluta da bomba. Ver Figura 2.
• Falha mecânica prematura dos mancais.
• Falha mecânica prematura do selo.
• Ruptura do eixo e falhas causadas por fadiga nas demais partes metálicas da bomba.

2.3. Causas da cavitação em bombas centrífugas

Os problemas de cavitação em bombas centrífugas geralmente têm sua origem em:

• Uma redução de pressão no bocal de sucção.
• Um aumento na temperatura do fluido bombeado.
• Um aumento da velocidade de entrada do escoamento no bocal de sucção.
• Separação em camadas no escoamento ou sua redução devido à mudança na viscosidade do fluido a ser bombeado.
• Condições insatisfatórias na tubulação de sucção, causadas por obstruções ou componentes que geram muita perda de carga, como por exemplo, o emprego de cotovelos ao invés de curvas de raio longo.
• Bomba inadequada para o sistema ou serviço.

2.4. Soluções sugeridas para solução da cavitação

A maioria dos problemas de cavitação pode ser resolvida ou minimizada da seguinte forma, quando possível:

• Aumentando a pressão na sucção da bomba.
• Reduzindo as perdas de carga na tubulação de sucção, principalmente as perdas próximas ao bocal de entrada da bomba (perdas por fricção).
• Utilizando uma bomba maior.
• Abaixando a pressão de vapor do líquido, diminuindo-se por exemplo sua temperatura.
• Ventando para a atmosfera o ar ou bolhas de vapor que o fluido de sucção carrega.
• Selecionando um material de maior dureza para as partes críticas da bomba, não se elimina a cavitação, mas a erosão irá diminuir.

2.5. Exemplo prático envolvendo cavitação

A fim de ilustrar praticamente um fenômeno de cavitação, segue abaixo um problema real:

Uma Instalação Industrial necessita recalcar 3m³/h de água de um poço, cujo lençol freático está a 12m de profundidade, é possível realizar a operação com uma bomba centrífuga convencional?

Resposta: não há no mundo uma bomba centrífuga do tipo convencional que faria o serviço, pois a água evaporaria antes de entrar no flange de sucção da bomba, as bolhas de vapor que conseguissem entrar na bomba provocariam forte cavitação na mesma.

Justificativa: Pressão de sucção disponível para a bomba=Pressão atmosférica no lençol freático do poço aberto. Portanto:

Mas, por outro lado:

Ou seja, a máxima altura de sucção negativa que uma bomba centrífuga consegue aspirar é de 10,33m, isto calculado teoricamente, pois o valor real é bem inferior, dependendo de inúmeros fatores, ligados ao tipo de bomba.

2.6. Tipos de cavitação em bombas centrífugas

Existem cinco tipos reconhecidos de cavitação em bombas centrífugas:

• Cavitação por evaporação, também conhecida por cavitação com NPSHa insuficiente.
• Cavitação por circulação interna.
• Cavitação por folga pequena entre a passagem de pás e lingueta da voluta.
• Cavitação por aspiração de ar.
• Cavitação por escoamento tipo turbulento no bocal de sucção da bomba.

Neste texto, analisaremos apenas os dois primeiros tipos, por serem os mais frequentes. A análise dos demais pode ser encontrada na literatura ora existente.

2.6.1. Cavitação por vaporização

A cavitação por vaporização está presente em 70% dos casos de cavitação em bombas centrífugas. Também chamada de cavitação clássica.

Para tornar o entendimento mais intuitivo, convém lembrar que a água ferve se a temperatura for suficientemente alta e ferve se a pressão for suficientemente baixa.

De acordo com a Equação de Bernoulli, quando a velocidade aumenta, a pressão diminui. Em uma bomba centrífuga em operação, o líquido é acelerado em direção ao olho do rotor até que atinja uma determinada velocidade de entrada. Sob certas condições, o líquido pode ferver ou vaporizar no olho do rotor. Quando isto ocorre, pode-se dizer que a bomba entra em cavitação por vaporização.

Este tipo de cavitação evidencia falta de NPSHa no sistema, apresentando um valor de NPSHa menor do que o requerido pela bomba (NPSHr).

A recomendação geral para prevenir este tipo de cavitação, reside na fórmula:

Como já foi mencionado, esta é uma recomendação genérica, pois em certos casos a margem de segurança de 1mcl pode ser insuficiente e deverá ser aumentada.

Neste ponto, é conveniente explicitar a fórmula do NPSHa, que deverá ser aplicada ao sistema, o NPSHa sempre deve ser calculado em metros de coluna do líquido sendo bombeado(mcl).

Onde:

• Ha = pressão atmosférica local, expressa em mcl, ao nível do mar 10,33mca, portanto deve ser convertida para mcl.
• Hs = carga manométrica estática, é a altura do líquido acima da bomba, tomando-se como referência a linha de centro da bomba, expressa em mcl.
• Hvp = pressão de vapor do líquido para a temperatura de bombeamento, pode ser obtida das tabelas de vapor do líquido nas condições de saturação, como uma aproximação válida. Deverá ser convertida em mcl.
• Hf = perda de carga no trecho de sução até o flange de entrada da bomba, expressa em mcl.
• Hi = perda de carga por fricção no flange de entrada da bomba até o olho do rotor, expressa em mcl, pode ser estimada em 0,6 mcl, mas depende do projeto da bomba.

Neste caso, quando a bomba for desmontada na oficina, costuma-se notar que os danos de cavitação por vaporização estão, geralmente, na parte de trás das pás, em direção ao olho do rotor, conforme mostra esquematicamente a Figura 3

Para resolver e prevenir estes problemas, uma série de medidas podem ser implementadas, quando possível:

• Diminuir a temperatura do fluido, isto reduz a Hvp.
• Aumentar a altura do nível de líquido acima da bomba, isto aumenta o Hs.
• Reduzir a rotação da bomba, isto indiretamente reduz o Hf.
• Aumentar o diâmetro do olho do rotor, isto reduz o Hf e o Hi.
• Empregar um indutor fixado na entrada do rotor, isto reduz o Hi e aumenta o Ha.
• Instalar duas bombas menores em paralelo, isto reduzirá Hf e Hi.
• Instalar uma bomba booster alimentando a bomba principal, isto aumentará o Ha.

2.6.2. Cavitação por circulação interna

Esta é uma condição extrema, quando a bomba opera bem abaixo da vazão mínima recomendada pelo fabricante, ocorre quando a vazão de descarga é muito reduzida e o fluido praticamente não pode sair da bomba. O Líquido então é forçado a recircular através do rotor, migrando das regiões de altas pressões para as de baixas pressões.

Verifica-se então o fenômeno de cavitação, tendo como origem duas razões fundamentais: primeira, o líquido circula dentro da voluta na velocidade do motor e
rapidamente superaquece; segunda, o líquido é forçado a passar através de estreitas folgas com velocidade elevada, por exemplo, nas bombas de rotor aberto, entre os vãos das extremidades das pás do rotor e a parede interna da voluta.

Calor e velocidades altas implicam na cavitação do fluido bombeado.

Se a bomba operar com vazões próximas da mínima recomendada pelo fabricante, a cavitação em si é apenas incipiente e os ruídos e vibrações provêm, apenas de uma recirculação mais branda e a bomba não cavita, ou seja, embora seja altamente prejudicial aos componentes da bomba, como mancais e selos, os efeitos superficiais deste tipo de circulação são totalmente distintos do primeiro.

Bombas de rotor aberto, que realmente cavitam devido à recirculação, apresentam danos observados, geralmente, no bordo de ataque frontal das pás em direção ao olho do impelidor, como nas extremidades das mesmas, conforme indicado esquematicamente na Figura 4

Para mitigar o problema da recirculação, em bombas de rotor aberto e operando perto da vazão mínima, pode-se atuar diretamente no trecho de descarga no sentido de diminuir a perda de carga a jusante da bomba ou instalando-se uma válvula automática de recirculação para o vaso de sucção, ou por meio de um by-pass para este vaso, com placa de orifício.

2.6.3. A Questão do NPSHr pela bomba

Geralmente não se calcula o NPSHr pela bomba, embora fórmulas possam ser encontradas na literatura, levam a resultados muito aproximados.

O correto é ler o NPSHr diretamente nas curvas características, disponibilizadas pelo fabricante da bomba. O NPSHr é função da vazão, quanto maior for a mesma, maior será o valor do NPSHr.

Lembrar que o NPSHa é uma característica do sistema, enquanto o NPSHr é uma característica da bomba.

No entanto é possível diminuir o valor do NPSHRr da bomba, adotando as seguintes medidas, se factíveis:

• Empregar uma bomba com maior diâmetro no bocal de sucção, por exemplo, substituir uma bomba 3x4x10 por outra 4x6x10. Percebe-se que ao aumentar o diâmetro do flange de sucção de 4�?para 6�? as perdas de carga por fricção Hi irão diminuir. Como, a altura manométrica é aproximadamente proporcional ao diâmetro do rotor ao quadrado (D2), teremos a mesma altura manométrica requerida pelo sistema.
• Usinar e dar melhor acabamento superficial ao bocal de entrada da bomba, pois geralmente é a parte mais grosseira na fundição da carcaça. Centrar a peça em um torno e fazer um alinhamento preciso, isto reduzirá o Hi.
• Empregar uma bomba maior e que gire a uma rotação menor. Isto também reduzira Hi.

3. CAVITAÇÃO EM BOMBAS DE VÁCUO DE ANEL LÍQUIDO

( Ref. Bibliográfica: [2], [4],[6] )

Abaixo abordaremos, por alto, os problemas geralmente encontrados em bombas de vácuo, tipo anel líquido devidos à cavitação, suas causas, consequências e possíveis soluções.

3.1. Definição

A cavitação, nas bombas de vácuo de anel líquido, é o resultado de bolhas de vapor sob vácuo, que estão sujeitas a um aumento de pressão na porta de descarga da bomba, implodindo ou colapsando.

Se uma bomba de vácuo, tipo anel líquido estiver apresentando ruídos anormais, comparáveis a bolas de gude ou pequenas pedras inseridas na bomba, é muito provável que a bomba esteja cavitando.

3.2. Conceitos gerais �?condensação e cavitação

Como é sabido, a cavitação no lado da sucção ocorre, quando a bomba de vácuo opera em uma pressão de sucção próxima à pressão de vapor de seu fluido de selagem.

De acordo com o acima exposto, é aconselhável que o valor da pressão de sucção da bomba de vácuo de anel líquido seja maior do que duas vezes o valor da pressão de saturação do líquido de selagem, para uma dada temperatura, garantindo assim, uma operação segura. Para operações mais críticas, pode-se adotar um valor limite para a pressão de sucção, que deverá ficar no mínimo 16mbar maior que a pressão de vapor do líquido de selagem, correspondente à sua temperatura de operação.

Se a temperatura do líquido de selagem aumenta, sua pressão de vapor também aumenta e o risco de cavitação também aumenta. A Figura 5 mostra os efeitos da cavitação em uma bomba de vácuo, tipo anel líquido e a Figura 6 mostra estes efeitos na placa das portas de sucção e descarga para o mesmo tipo de bomba.

3.3. Pontos relevantes na cavitação das bombas de anel líquido

A cavitação em bombas de vácuo, tipo anel líquido, é um fenômeno que ocorre no líquido de selagem da bomba, sendo uma anomalia importante a ser considerada no
desempenho destas bombas. O fenômeno inicia com bolhas de vapor, que se formam na água de selo, à uma pressão e temperatura específicas. Por exemplo, para um vácuo de 52 Torr (52 mmHg) a água entrará em ebulição a 39ºC. Se por acaso, aumentarmos a pressão deste vácuo, a água se manterá líquida saindo da zona de cavitação. Como mencionado anteriormente, tabelas de vapor indicam o par crítico de pressão e temperatura do fluido de selagem, no caso água, para este tipo de fenômeno.

Ao examinarmos uma bomba que sofreu cavitação severa, nos deparamos com danos típicos de cavitação, nas partes internas da bomba. Tais danos são parecidos com golpes de martelo, ou mesmo crateras, uniformemente distribuídos nos impelidores, ver Figuras 7, 7.1, 8 e 8.1 . Se a bomba for de dois estágios, estas marcas podem estar presentes em ambos os estágios, dependendo de condições específicas. Outro local específico, muito comum, são as portas de sucção e descarga, ver Figura 6.

Geralmente, para controlar ou prevenir a cavitação, o fluido de selagem deve suportar o nível de vácuo esperado no meio a ser evacuado, sem vaporizar ou entrar em ebulição. Maiores detalhes serão vistos no item 3.4.

O ponto de vaporização do fluido de selagem determina o valor da pressão mínima de vácuo para que a bomba não cavite, para pressões menores a bomba irá cavitar. Mas, o que causa realmente a cavitação, é a implosão das bolhas formadas, não a criação delas.

Quando o colapso das bolhas ocorre, micro jatos de água são arremessados de encontro às partes metálicas da bomba. Para que as bolhas de vapor colapsem, deve haver um aumento de pressão ou queda de temperatura em um determinado local da bomba.

Um aumento de pressão deverá ocorrer durante a compressão do gás, através da bomba até a porta de descarga dela. Portanto, para manter a bomba livre de cavitação, a temperatura da água de selagem deverá ficar abaixo da temperatura de saturação para aquela pressão de vácuo. O líquido de selagem deve manter-se frio, o suficiente para prevenir a condição de vaporização em qualquer condição de operação da bomba. Uma vez que a vaporização na bomba ocorra, criando bolhas devido à uma pressão mais baixa que o vácuo estipulado em projeto, o colapso das bolhas é inevitável, uma vez que o gás é comprimido para uma pressão mais alta, até a porta de descarga da bomba.

A capacidade da bomba (volume de sucção), também é afetada pela temperatura da água de selagem, sendo função da pressão de sucção(vácuo) e esta da temperatura da água de selagem, quando a temperatura sobe, só pode-se atingir maiores pressões de sucção e menores capacidades da bomba.

Um exemplo será dado a seguir: se a temperatura na água de descarga, antes do vaso separador, ficar abaixo de 22ºC, a pressão de sucção que se pode conseguir é de 18 Torr, que é próxima à pressão de vapor de água para esta temperatura. Mas, se a temperatura da água de descarga subir para 27ºC e a pressão de sucção desejada for de 25 Torr, a pressão parcial do vapor de água para esta condição (27ºC) é de 26,3 Torr, portanto a bomba estaria cavitando, na condição de 25 Torr.

3.4. Medidas para prevenir a cavitação

Cavitações em bombas de vácuo podem, frequentemente, serem atribuídas a uma mudança nas condições originais de serviço, para as quais a bomba foi selecionada. A temperatura a ser mantida para a água de selo é também um condicionante para a seleção, pois depende as vezes do meio ambiente (torre de água de resfriamento). Portanto, se uma bomba está funcionando normalmente e repentinamente começa a cavitar, isto pode sugerir um aumento súbito na temperatura da água de selagem.

A posição das falhas devidas à cavitação no interior da bomba pode variar, é o que se verifica quando elas são desmontadas na oficina, para inspeção dos internos. É oportuno frisar que estas falhas podem ser encontradas em qualquer parte da bomba, em bombas de dois estágios, a cavitação pode ocorrer até em partes não pertencentes ao primeiro estágio, onde as pressões são menores.

Para prevenir a cavitação em bombas de anel líquido, os aumentos de temperatura na água de selagem devem ser determinados.

Mesmo considerando que a operação em uma bomba de anel líquido seja aproximadamente isotérmica, na prática isso não é verdadeiro. Pois, o aumento de temperatura na água de selagem pode ocorrer devido à inúmeras razões. Por exemplo, um aumento de temperatura ocorre devido à transferência de calor, resultante do trabalho de compressão do gás, realizado pelo anel líquido. Vapores presentes no gás de aspiração se condensam, liberam
calor quando mudam de fase. Também gases não condensáveis na mistura de sucção, entram em equilíbrio térmico com o anel líquido, transferindo calor para a água. Todas estas fontes de energia contribuem para um aumento de temperatura da água de selagem.

Portanto, a quantidade de água fria de reposição (make-up pelo tanque separador) é importante afim de manter a temperatura de saída de água abaixo da temperatura de saturação, correspondente à uma determinada pressão de sucção.

A cavitação pode ser evitada adotando-se algumas medidas no projeto das bombas. A aplicação de materiais resistentes à abrasão pode reduzir os efeitos da cavitação em certos componentes das bombas, no entanto, a cavitação em si não pode ser evitada. A fim de evitar a ocorrência da cavitação, a vazão de gases não condensáveis deve estar de acordo com a curva característica da bomba, na sua pressão mínima de sucção, que sempre deverá ser mantida. Como alternativa, para evitar pressões abaixo da mínima, a bomba também pode ser ligada a uma tubulação de gás inerte, saindo do topo do vaso separador de líquido, normalmente
instalado na sua descarga, até sua sucção, através de uma válvula de controle.

Outros dispositivos também podem ser utilizados como: emprego de válvulas manuais ou válvulas automáticas, como as válvulas quebra-vácuo com regulagem, que permitem entrada de ar atmosférico, diretamente no lado de sucção da bomba.

Segue abaixo uma lista sumária de verificações, na tentativa de prevenir possíveis cavitações em bombas de vácuo de anel líquido:

• Verificar se a temperatura do anel líquido circulante está suficientemente baixa para manter o vácuo desejado.
• Verificar se a temperatura de água na descarga para o tanque separador está muito elevada, isto pode sugerir cavitação interna.
• Verificar a água de reposição (entrando no tanque separador), sua vazão e temperatura. Calcular se será suficiente para compensar as perdas por evaporação do líquido de selagem.
• Verificar se trocador de calor de água de reciclo está obstruído por sujidades(fouling). Ver considerações no item 3.5.
• Checar a água de resfriamento no trocador de calor quanto à pressão, temperatura e vazão. Estes parâmetros deverão atender, por balanço térmico, a água de reciclo que está entrando na bomba.
• Verificar a pressão de ajuste (set point) da válvula quebra vácuo, esta válvula deverá permitir suficiente entrada de ar atmosférico, quando a pressão de vácuo cair abaixo do ponto de projeto.

3.5. O Trocador de calor de água de selagem

Um dos principais equipamentos que merecem atenção, quando uma bomba de anel líquido não opera satisfatoriamente, é o trocador de calor de água de selagem.

Este trocador, geralmente do tipo placas, é instalado no circuito de circulação, quando o líquido de selagem, proveniente do tanque de separação, é reaproveitado. O líquido de selagem deve então ser resfriado a uma temperatura mais baixa, ingressando novamente na bomba. A temperatura e vazão de entrada devem propiciar o vácuo e a capacidade volumétrica da bomba.

Nota-se que quando um sistema de vácuo está em manutenção, este equipamento é muitas vezes menosprezado, não se dando muita importância ao mesmo.

Sabemos que o vácuo desejado (pressão de sucção), só é mantido quando houver uma compatibilidade com a pressão de vapor do fluido de selagem, caso contrário a bomba pode cavitar, por evaporação do fluido de selagem. Portanto, se não existir uma transferência de calor satisfatória no trocador, a bomba perderá vácuo e capacidade. Ou seja, a manutenção deste equipamento é de principal importância em um sistema de vácuo. Para se atingir esta meta, alguns pontos de relevância devem ser observados, conforme descritos abaixo:

• O trocador deve se manter limpo, garantindo uma capacidade de troca eficaz.
• Com a bomba em funcionamento, convém medir as temperaturas de entrada e saída da água de resfriamento, bem como, da água de selagem. Comparar com as especificações originais de projeto.
• Medir também a vazão da água de resfriamento e a elevação na sua temperatura. Se a vazão estiver correta, mas não há elevação de sua temperatura é sinal de troca deficiente, pode evidenciar trocador com sujidades (fouling), como consequência, a água do anel entrará mais quente, comprometendo vácuo e capacidade da bomba.
• Também é útil averiguar se ar não está entrando no sistema e se acumulando dentro do trocador, mais válido para trocadores casco-tubo, se for o caso reduzirá a capacidade de troca de calor no equipamento.
• É frequente o sistema de arrefecimento nunca operar como o esperado. O trocador pode estar subdimensionado, ou as condições de projeto originais diferirem das condições de operação atuais. É possível também mal condicionamento de partida, ou seja, linhas carecendo de uma lavagem para a partida (startup flushing) e acumulando sujidades no trocador.

Portanto, independentemente do tamanho e tipo, o trocador deve ser inspecionado durante a manutenção e monitorado durante a operação.

4. BIBLIOGRAFIA

Para a elaboração deste trabalho, foram consultadas as seguintes obras:

[1] Introdução a Mecânica dos Fluidos-8ª Edição-Fox/Mc Donalds/Pritchard
[2] Fundamentos da Termodinâmica-Tradução da 8ª Edição Americana-Borgnakke and Sonntag
[3] Know and Understand Centrifugal Pumps- 1 ª Edição -Larry Bachus and Angel Custodio
[4] Liquid Ring Vacuum Pumps, Compressors and System- 1 ª Edição-Helmuth Bannwarth
[5] Vacuum Technology in the Chemical Industry-1 ª Edição-Wolfgang Jorisch
[6] Cavitation in Liquid Ring Vacuum Pumps used in Condenser Venting Service-Graham Corporation

Quando forem identificados ruídos diferenciados ou temperaturas elevadas, desative o equipamento imediatamente, devendo este só voltar a funcionar após sua manutenção, caso necessária.

Sopradores Tipo “Roots�?�?Tabela de Solução de Problemas

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Para a especificação de bombas dosadoras alternativas são necessários os seguintes dados:

• Tipo de bomba dosadora: Simplex, Duplex, Triplex, etc.
• Características do fluído a ser bombeado, tais como: peso específico, viscosidade, etc.
• Temperatura do fluído.
• Capacidade prevista para a bomba.
• Pressão diferencial de operação.
• Pressão diferencial mínima.
• Pressão máxima de descarga.
• NSPH disponível.

Os primeiros cinco itens não requerem explicações. Quanto aos outros três queremos tecer as nossas considerações.

Item 6 �?Pressão Diferencial Mínima

Para que uma bomba dosadora alternativa funcione satisfatoriamente, especialmente quando aplicada em dosagem, a pressão de descarga deve ser maior que a pressão de sucção. Isto pode ser constatado se considerarmos o caso extremo, quando a pressão de sucção é maior que a pressão de recalque. Neste caso o líquido não se limitará a entrar no cilindro da bomba durante a fase de aspiração, mas continuará a fluir pela boca de descarga, independentemente da ação do pistão. Assim sendo, o fluxo não é limitado ao curso do pistão como deve ser nas operações de dosagem. Nestes casos, para se criar uma contra-pressão na linha de recalque torna-se necessário a colocação de uma válvula assim chamada de “contra-pressão�?


A válvula de contra-pressão contudo, é recomendada somente em casos onde não há alternativa pois a válvula, sendo solicitada a abrir e fechar de modo contínuo, torna-se uma área sujeita a problemas.

A especificação da pressão mínima diferencial permite ao fornecedor selecionar a válvula de contra-pressão adequada a bomba e às condições de serviços.

A pressão diferencial mínima é obtida subtraindo-se a pressão máxima à aspiração da pressão mínima de descarga da bomba. Para se conseguir uma boa performance em uma bomba dosadora alternativa, a pressão diferencial mínima não deveria ser inferior a 1 kg/cm2.
�?/p>

Item 7 �?Pressão Máxima de Descarga de uma Bomba Dosadora

A pressão máxima de descarga é utilizada pelo fabricante para determinar o tipo de carcaça. Um erro é ignorar a diferença entre bomba alternativa e bomba centrífuga.

No caso das bombas centrífugas, a pressão diferencial de projeto é somada à pressão máxima de aspiração. Sendo este valor considerado como a pressão máxima de descarga.

Naturalmente isto é errado quando adotado na seleção de uma bomba alternativa porque esta última gerará sempre uma pressão correspondente às condições de descarga.

A pressão máxima de aspiração para as bombas alternativas não influi na pressão máxima de descarga. Infelizmente, devido à natureza pulsante do fluxo, não é possível uma determinação precisa da pressão máxima de descarga até que a bomba não tenha sido escolhida.

Entretanto, sugerimos o seguinte procedimento:

1. Calcular a pressão operacional de descarga, somando:

• a �?Pressão existente no tanque de descarga
• b �?Pressão correspondente à altura estática no tanque de descarga.
• c �?Perda de carga na linha�?/li>

Obs.: As perdas de carga por atrito na tubulação são calculadas pela vazão máxima ou pelo pico do fluxo, o qual é 3,2 vezes o fluxo médio para uma bomba “Simplex�? 1,6 vezes para bomba “Duplex�?e cerca de 1,1 vezes para a bomba “Triplex�?

2. Aumentar a pressão operacional de descarga de 1 kg/cm2 ou de 10%, o que for maior. Adotar este valor como pressão máxima de descarga.

3. Especificar uma válvula de segurança instalada entre a linha de descarga e a de aspiração, cuja pressão de calibragem seja a pressão máxima de recalque determinada pelo item (2). Verificar também, que o mecanismo da bomba seja projetado para operar nesta pressão de descarga.

4. Verificar que a pressão máxima de descarga acima especificada não seja ultrapassada pela pressão correspondente à altura devida à aceleração.
Para bomba do tipo “Simplex�?e “Duplex�? a pressão máxima de descarga corresponde à soma de:

• a �?Pressão existente no tanque de descarga.
• b �?Pressão correspondente à altura estática
c �?Pressão correspondente à altura devida à aceleração

Obs.: É interessante notar que as perdas de carga pelo atrito não foram incluídas porque a altura de aceleração é máxima no começo do curso de descarga do pistão, ocasião em que o fluxo e consequentemente o atrito, são nulos.

A altura devida à aceleração (pressão decorrente da inércia do fluxo na tubulação) pode ser computada utilizando-se a seguinte expressão que, todavia, poderá ser aplicada tanto para as linhas de aspiração como para as de recalque da bomba.

Para as bombas dosadoras do tipo “Triplex�? a pressão máxima de descarga é computada somando-se:

• a �?Pressão existente no tanque de descarga
• b �?Pressão correspondente à altura estática
• c �?Pressão correspondente à altura de aceleração
• d �?Pressão devida à perda de carga por atrito.

Obs.: A altura de aceleração para a bomba “Triplex�?é igual aos valores encontrados pela expressão (A) divididos por 2,7.

5. Se a pressão máxima de descarga originalmente especificada para a bomba recomendada for superada pela pressão correspondente à altura de aceleração, aplicar uma das seguintes alterações:

• a �?Reespecificar a pressão máxima de recalque e a pressão de calibragem da válvula de�?segurança.
• b �?Escolher uma bomba com menor número de pulsações/minuto.
• c �?Aumentar o diâmetro da linha de recalque.
• d �?Instalar um amortecedor de pulsações na linha de recalque.

Item 8 �?Altura Positiva na Aspiração (NPSH)

A escolha do melhor valor a ser utilizado para o termo da tensão de vapor nos cálculos do NPSH disponível é o mesmo das bombas centrífugas.

A formação dos gases dissolvidos reduz a eficiência volumétrica da bomba alternativa mas não ocasionam excessivas perturbações, talvez porque se redissolvem mais lentamente do que se formam. Entretanto, a formação de vapor que podem causar “golpes de aríete�?deverão ser evitadas.

Em vista disso, para a tensão de vapor deverão ser utilizados valores conservadores.

Por outro lado, as perdas devidas à aceleração na linha de sucção não podem ser determinadas a menos que a bomba tenha sido escolhida. Isto dificulta a determinação do NPSH disponível na aspiração.

Uma maneira de se evitar este problema é especificando o NPSH disponível à entrada da linha de sucção e exigindo do fabricante da bomba a inclusão da perda de carga devida à altura de aceleração na linha de sucção quando determinar o NPSH requerido da bomba. Alguns fabricantes já o fazem como praxe, outros não. Este é um ponto importante a ser lembrado quando da comparação entre dois fornecedores. O fabricante que especifica o NPSH requerido à aspiração da própria bomba parece ter um produto superior àquele que inclui a altura de aceleração da linha de sucção e especifica o NPSH requerido à entrada da linha de aspiração.

No caso que o fabricante não inclua a altura de aceleração da linha de sucção proceder da seguinte forma:

1. Especificar o NPSHd como no caso das bombas centrífugas, assumindo as perdas por atrito na linha de sucção como fator preponderante (isso geralmente não é verdade. Isso é certo somente para as bombas de velocidade muito baixa). A altura positiva disponível à aspiração é igual a:

NPSHd = Ps + hs �?hf �?Pv
�?/p>

Sendo:

Obs.: A perda de carga devida ao atrito é computada pela vazão máxima instantânea, a qual é:

• a �?para as bombas do tipo “Simplex�?= 3,2 vezes a vazão média.
• b �?para as do tipo “Duplex�?= 1,6 vezes a vazão média
• c �?para as do tipo “Triplex�?= 1,1 vezes a vazão média

2. Quando o fabricante recomendar uma determinada bomba, verificar que o NPSHr à aspiração seja menor que o NPSHd quando é considerada a perda devido a altura de aceleração da linha de sucção.

• a �?Para as bombas do tipo “Simplex�?e “Duplex�? quando a altura de aceleração é o fator predominante, o NPSH disponível é determinado como segue:

NPSHd = Ps + hs �?ha �?PV

Sendo:

• b �?Para a bomba tipo “Triplex�? quando a altura de aceleração é o fator predominante, o NPSH disponível é determinado como segue:

NPSHd = Ps + hs �?hf �?ha �?PV

Sendo:

Obs.: As perdas devidas ao atrito devem ser computadas para 90% da vazão máxima instantânea. A altura de aceleração obtida pela expressão (A) deve ser dividida�?por 2,7.

3. Se o NPSH disponível assim calculado for menor que o NPSH requerido, procede-se da seguinte forma:

• a �?Escolher uma bomba dosadora com um número menor de pulsações/minuto ou uma com maior�?número de cilindros.
• b �?Aumentar a altura estática
• c �?Aumentar a pressão no tanque de alimentação
• d �?Acrescentar uma bomba “booster�?no sistema
• e �?Aumentar o diâmetro da linha de sucção.
• d �?Instalar um amortecedor de pulsações na linha de sucção para que o NPHSD se torne maior que o NSPHR.

Obs.: No caso de instalar o amortecedor de pulsações, seja na sucção ou no recalque da bomba, para efeito de cálculo da altura de aceleração considerar o comprimento da tubulação correspondente de 5 a 15 vezes o diâmetro do tubo.

É boa pratica prever o NPSHD maior de 3 a 5 PSIG que o NPSHR.

Autor:

Sr. Renzo Testa
1980

Eng. Renzo Testa (1928 �?2009)

Originário da cidade de Parma (Itália), foi Diretor Técnico Consultivo da OMEL de 1964 até o final dos anos 90, quando retornou à Itália para administrar a empresa de engenharia de seu primo em Cremona. Profundo conhecedor de aplicações e processos industriais, soube sempre conquistar os clientes através da sua simpatia, humildade e conhecimento. Sempre disponível para todos, seu lema era “o cliente em primeiro lugar�? A OMEL até hoje segue a orientação do Professor Renzo Testa, colocando seus clientes em primeiro lugar.

Diretoria
OMEL Bombas e Compressores Ltda.

As bombas de vácuo de anel líquido são bombas de deslocamento positivo, que fornecem baixo e médio vácuo para diversos tipos de aplicações em processos dos mais variados segmentos industriais.

Vantagens do uso da bomba de vácuo de anel líquido na indústria

• A bomba de vácuo é pouco sensível à passagem de líquidos, pequenas partículas, resíduos sólidos, impurezas e vapores.
• Operam a frio (devido à circulação da água de vedação dentro da bomba).
• Operação simples, sem contato entre as peças, oferecem uma opção segura para o manuseio de gases perigosos.
• Operam de forma constante e contínua em qualquer nível de vácuo.
• Oferecem uma compressão isotérmica ideal para produtos explosivos e termossensíveis, garantindo um elevado nível de segurança.
• A bomba de vácuo da OMEL pode ser fabricada com diferentes materiais oferecendo alta resistência à corrosão e alta tolerância a meios contaminantes.
• Estão disponíveis em modelos de um ou dois estágios para maior capacidade.
• Podem trabalhar em conjunto com outros tipos de bombas para maior versatilidade de aplicações e sistemas.
• Podem operar como bombas de vácuo ou como compressores conforme a necessidade e esquema de instalação.
• Fácil manutenção com poucas peças móveis.

Bomba de Vácuo nas Indústrias Químicas e Petroquímicas

• Processos de compressão para manuseio de gases especiais tais como Hélio, Hidrogênio e Argônio.
• Esvaziamento e secagem a vácuo de cilindros e barris para remoção de água e produtos químicos antes de processos de envase.
• Fornecimento de ar livre de óleo para pequenos geradores de nitrogênio e oxigênio.
• Fornecimento de vácuo para retirada de cloro remanescente em vasilhames que serão processados através de soda cáustica para produção de soluções alvejantes.
• Compressão nos processos de agitação para conservar misturas homogêneas ( sem contaminação da solução com óleo ).
• Compressor nos processos de pressurização para esvaziamento de tanques de cloro.
• Compressão e vácuo no enchimento e transferência de fluidos para reatores.
• Exaustão a vácuo dos recipientes de mistura dos processos de produção de resinas.
• Desareação a vácuo de soluções cáusticas utilizadas nos processos de fabricação de Rayon.
• Desareação a vácuo de gesso e materiais similares utilizados na fabricação de moldes de injeção.
• Desareação a vácuo de misturadores e reatores e fornecimento de vácuo para extrusoras utilizados na fabricação de plásticos e sabão.
• Retirada de ar da cavidade do molde nos processos de injeção ou fundição.
• Retirada de vapores dos moldes ao término da etapa de cura em processos de fabricação de pneus.
• Desgaseificação a vácuo de óleos lubrificantes para remoção de SO2, ácido clorídrico e cloro.
• Envase a vácuo de barris de petróleo.
• Fornecimento de vácuo para homogeneizadores utilizados na emulsificação de óleos e graxas.
• Remoção de vapores de tanques de armazenagem de óleo cru ou tanques de destilação.
• Desareação e secagem de látex e borracha sintética.
• Decapagem a vácuo de borracha de polibutadieno no processamento de látex.
• Processos de filtragem na recuperação e reaproveitamento de borracha vulcanizada.

Bebidas

• Fornecimento de ar comprimido para os processos de agitação do malte e leveduras durante o processo de fermentação.
• Desaeração a vácuo de água de compensação (utilizada para adição nas perdas causadas por evaporação).
• Destilação a vácuo.
• Compressor na remoção de CO2 e outros gases resultantes dos processos de fermentação.
• Compressão e vácuo nos processos de envase.
• Fornecimento de ar comprimido nos processos de lavagem de vasilhames.
• Compressão e vácuo nos processos de lavagem de vasilhames após o envase.
• Fornecimento de vácuo para máquinas e processos de secagem de latas.
• Vácuo no processo de desaeração de sucos e similares.
• Filtragem a vácuo de efluentes.
• Uso de vácuo em evaporadores.

Alimentos

• Evisceração, desodorização a vácuo e secagem a vácuo na produção de alimentos e refeições prontas para consumo.
• Fornecimento de ar comprimido para agitação e movimentação durante o processo inicial de cura de queijos e outros produtos similares.
• Fornecimento de ar comprimido nos processos de aeração de sorvetes e leites.
• Compressão e vácuo para aplicações em homogeneizadores.
• Fornecimento de ar comprimido para agitação de produtos armazenados em tanques para garantir consistência.
• Fornecimento de ar comprimido na limpeza de recipientes na linha de produção de alimentos.
• Fornecimento de vácuo em esteiras para manter os produtos fixos durante o transporte.
• Transporte e envase de produtos em pó tais como leite, farinha, café e achocolatados.
• Desgaseificação no processo de refino de óleos.
• Fornecimento de vácuo para máquinas automáticas de ordenha.
• Fornecimento de hidrogênio comprimido nos processos de hidrogenação de óleos comestíveis.
• Secagem a vácuo de frutas e outros alimentos similares.
• Processos de embalagem de produtos à vácuo e preenchimento a vácuo de cápsulas e sachês.
• Fornecimento de ar comprimido para máquinas vaporizadoras de corantes ou chocolate.
• Vácuo para purga de tanques ao final dos processos.

Têxtil

• Compressores de acetileno nos processos de fabricação de tecidos sintéticos.
• Processos de secagem de tecidos a vácuo para remoção de excesso de água.
• Compressão e vácuo em autoclaves para esterilização de tecidos.

Tratamento de água e efluentes

• Filtragem e secagem a vácuo de lodo.
• Compressão nos processos de agitação e dissolução de ar em lodos.
• Desareação a vácuo para purificação da água e redução da ocorrência de corrosão nos sistemas de distribuição.
• Compressão nos processos de agitação e dissolução de ar na água para ativar a ação oxidante de bactérias aeróbicas no tratamento de efluentes.
• Compressão nos processos de remoção de CO2 nos sistemas de tratamento e água.

Conheça a linha completa de Bombas de Vácuo de Anel Líquido

Especificações �?Materiais construtivos �?Download do catálogo de produto

Tintas e Vernizes

• Vácuo no processo de desareação do plastisol (suspensão de partículas de PVC em um plastificante).
• Destilação de resinas sintéticas.
• Processos de secagem a vácuo.
• Aplicação de spray de laca isento de poeira ou óleo.

Farmacêutico e Cosméticos

• Aplicações de envase a vácuo.
• Aplicação de ar ao longo de processos de fermentação para agitação e remoção do CO2.
• Destilação de óleos.
• Perfumes e aromatizantes com vácuo.
• Processos de lavagem de vasilhames com ar comprimido.
• Destilação a vácuo.
• Processos de secagem a vácuo.
• Processos de preenchimento de cápsulas (comprimidos) a vácuo.

Papel e Impressão Gráfica

• Alimentação de vácuo para dobradoras de papel.
• Alimentação de vácuo para transportadoras de folhas de papel, guardanapos e outros papéis delicado.
• Modeladoras de polpa a vácuo para materiais tais como: embalagens para ovos, cones de papel, placas de papel, embalagens para flores, etc.

Cerâmica e Cimento

• Processos de desareação de argila e outros materiais cerâmicos para melhorar a densidade.
• Compressor para CO2 e fornos a gás empregados para ativação de lodos na fabricação de cimento.
• Aplicações de ar comprimido a baixa pressão para processos de agitação.
• Manuseio de placas de concreto pré-moldado.

Automóveis

• Preenchimento a vácuo do fluido do sistema de direção hidráulica.
• Processos de limpeza de gases e óleo do bloco do motor.
• Fornecimento de vácuo para testes e calibração do sistema de carburação.

Bombas de Vácuo BLN e BLA �?Tabela de Solução de Problemas

A linha de bombas de vácuo de anel líquido de duplo estágio BLN e BLA é especialmente indicada para uso na indústria química, farmacêutica e em refinarias de petróleo, dentre outras.

Quando devidamente instaladas por técnicos especializados e seguindo-se um plano de manutenção preventiva operam de forma segura e com excelente desempenho por anos. Entretanto, podem ocorrer ao longo do tempo, alguns problemas pontuais. Pensando nisso, preparamos um guia que irá auxiliar aqueles que operam o equipamento na rápida identificação e correção dos problemas mais comuns.

Consulte a tabela abaixo para identificar as causas e verificar quais são as soluções para alguns do problemas em bombas de vácuo BLN ou BLA.

Atenção!
Quando forem identificados ruídos diferentes ou temperaturas elevadas, desative o equipamento imediatamente, devendo este só voltar a funcionar após sua manutenção, caso necessária. Entre em contato com a Assistência Técnica OMEL e siga as ações corretivas indicadas abaixo.

Caso ainda restem dúvidas, não hesite em contatar novamente a OMEL.

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O grau de vácuo alcançado por uma bomba de vácuo de anel líquido depende basicamente da tensão de vapor do líquido de selagem.

Então, se o líquido de selagem for água pode-se abaixar a sua temperatura ou, pode-se substituir a água normalmente usada, por líquidos com tensão de vapor mais adequada ao escopo da aplicação da bomba em questão. Todos estes meios têm sua utilidade, mas tem também suas desvantagens que normalmente são:

• Onde conseguir água gelada?
• Como mantê-la em tal condição?

Este mesmo problema ocorre quando se recorre a outros líquidos selantes, normalmente óleos que também aquecem e que por terem viscosidade maior, aumentam a potência absorvida pela bomba devido à sua viscosidade e apresentam o mesmo problema de aquecimento com o tempo, se não forem usados trocadores de calor no sistema para resfriá-los.

Um meio simples, pouco custoso e que produz bons resultados é o uso de um ejetor, “movido�?por ar atmosférico, instalado na entrada da bomba. Ele opera tirando vantagem da energia da pressão de 1 bar do ar atmosférico, comprimindo-o a uma pressão absoluta mais elevada. A energia de pressão do ar motor é convertida em energia de velocidade à medida que ela se expande da pressão atmosférica à pressão de processo fluindo através do bocal do ejetor. Este ar em elevada velocidade é misturado com a carga do processo na câmara de aspiração.

Para um ejetor com uma relação de compressão de 2:1, uma onda de choque ocorre no difusor do ejetor; a pressão externa na descarga do difusor, em termos absolutos é mais elevada do que a pressão de entrada. Esta é a maneira como o ejetor comprime a “carga�? O ejetor de ar pode ser usado apenas como “booster�?e uma bomba de “apoio�? normalmente uma bomba de anel líquido, é necessária.

Quando um ejetor de ar atmosférico é acoplado com uma bomba de vácuo de anel líquido, a bomba é inicialmente posta para funcionar produzindo vácuo. Quando ela alcança sua velocidade, a válvula do ar “motor�?pode ser aberta pondo o ejetor para funcionar. Para aplicações que requerem evacuação, o ejetor de ar atmosférico deverá ser “bypassado�?e operado somente quando a pressão de projeto de interestádio for alcançada.

Os benefícios de um ejetor de ar são:

1. O ejetor é uma peça simples, praticamente não tem desgaste e sua erosão é desprezível.
2. Níveis de vácuo mais elevados, de até 5mmHgA de vácuo final são conseguidos.
3. Podem ser fabricados em uma grande variedade de materiais, incluindo 316SS, Grafite, etc.
4. Protegem a bomba de vácuo contra a cavitação, mesmo quando água morna é usada.
5. Elimina a necessidade de trocadores de calor (intercoolers). A mistura resultante do gás deixando o ejetor é mais fria do que a temperatura de entrada, assim, um trocador de calor não é necessário após uma bomba de vácuo tipo roots, se esta estiver sendo usada.
6. Não ocupa espaço e não necessita de tubulações auxiliares.
7. O gás de descarga da bomba de vácuo de anel líquido pode ser utilizado como gás motor para o ejetor.
8. Se o ejetor for adequadamente dimensionado pode-se eliminar a válvula quebra vácuo.

Uma desvantagem do ejetor de ar atmosférico é a necessidade de ar “motor�? o que implica na necessidade de uma bomba de vácuo um pouco maior para compensar esta entrada adicional de gás. Esta desvantagem é largamente compensada pelas vantagens do ejetor. Se o processo requer um vácuo superior ao alcançável por uma bomba de vácuo de anel líquido, ou a temperatura da sua água faz a sua bomba cavitar, então o ejetor de ar é a solução mais simples e de custo mais efetivo para resolver o problema.

Fonte:
Baseado em artigo de Joe Aliasso
Publicado pela Graham Corporation / EUA
//www.graham-mfg.com

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Uma linha diversificada que atende com excelente custo/benefício às mais variadas aplicações nos diferentes segmentos da Indústria

Bombas de vácuo de anel líquido são bombas de deslocamento rotativo que utilizam o líquido como o principal elemento na compressão de um gás.

Poderemos verificar a compressão do gás a partir da formação do anel de líquido, que será o resultado da relativa concentricidade entre o corpo da bomba e o rotor multialetado. A excentricidade resulta em um quase completo preenchimento de cada célula ou câmara do rotor durante cada revolução. O funcionamento da bomba se dá de maneira a admitir a entrada do gás a ser comprimido, quando a câmara do rotor está vazia de líquido e sua saída, devidamente comprimido após as revoluções do rotor e da ação do anel líquido.

Os componentes da bomba são posicionados de tal maneira a admitir gás quando a câmara do rotor está vazia de líquido e então, permitir ao gás ser descarregado tão logo a compressão tenha sido completada. As selagens das áreas entre as janelas de entrada e descarga são colocadas próximo às áreas do rotor e para separar os fluxos de entrada e saída.

Inicialmente

A instalação adequada de uma bomba de vácuo de anel líquido deve ser estudada, de forma a possibilitar sua melhor operação e manutenção de forma eficiente. Indicamos os seguintes cuidados e recomendações específicas para assegurar a melhor performance.

• Tome cuidado ao desembalar o equipamento de modo a não danificar o conjunto ou provocar o seu desalinhamento.
• Unidades compostas por bomba e motor montados numa base devem ser levantadas apenas e tão somente pela base, utilizando-se ganchos ou correias que não poderão ser conectados ao motor ou à bomba.
• Confira, sempre, o alinhamento da bomba após a sua instalação.
• Cheque, antes do acionamento da bomba, se ela está sendo alimentada pela quantidade correta de líquido de selagem.

Normalmente para envio da bomba pelo fabricante ao seu usuário, a bomba e suas partes são protegidas mediante a utilização de óleo solúvel em água. Este produto deverá ser lavado do interior da bomba com um jato forte de água, antes da utilização do equipamento, caso este venha a operar com um líquido de selagem diferente da água em um sistema de circuito fechado. Bombas fabricadas em aço inoxidável ou outro material não ferroso são transportadas sem a utilização de tal óleo.

Montagem

As bombas de vácuo de anel líquido são normalmente de baixa velocidade e de operação suave, no entanto, é importante assegurar-se de que sua estrutura ou base sejam montadas em nível e firmemente ancoradas. Bombas de aproximadamente 50 HP ou mais, deverão ser colocadas sobre base de concreto, enquanto equipamentos menores poderão ser montados sobre pisos e bases diversas. Todas as juntas, sejam flangeadas ou roscadas, deverão estar livres de tensões e ser checadas para verificar a existência de vazamentos antes da partida.

As bombas que utilizam correias em “V�?deverão estar adequadamente instaladas e alinhadas antes que seja tencionado o acionador. As correias em “V�?deverão ser colocadas sobre as polias e nos canais sem que sejam forçadas nas laterais dos canais. Quando as polias estiverem em seus canais, os centros serão ajustados para assumir sua folga e assim as correias ficarão levemente tensionadas. Se a correia escorregar no momento da partida da bomba ela estará dando o sinal de que a tensão é insuficiente, no entanto note que tensão em excesso pode encurtar a vida do rolamento. As bombas que forem mantidas paradas ou em stand-by deverão ter a tensão das correias eliminada, até o novo acionamento da bomba.

Informamos que deverá ser evitado o calor excessivo (acima de 60ºC) da borracha, pois ele poderá encurtar a vida da correia. As correias nunca deverão ser misturadas ou mudadas de um canal para outro nas polias, devendo ser substituídas somente em jogos combinados e permanecer livres de óleo e graxa.

Canalizando o líquido de selagem

O princípio de operação da bomba de vácuo de anel líquido depende do fornecimento contínuo de um líquido limpo (normalmente água, embora outros líquidos possam também ser usados). Este líquido entra na bomba através de uma conexão no corpo e é descarregado da bomba, junto com o gás.

Três arranjos básicos para o líquido de selagem podem ser usados para aplicações de bombas de vácuo: (i) diretamente uma única vez, (ii) recuperação parcial e (iii) circuito fechado. Todos estes arranjos valem-se dos itens abaixo:

• �?Uma fonte do líquido de selagem (a partir de um reservatório ou de uma adutora)
  • �?Um dispositivo de regulagem, para controlar o fluxo de líquido, se requerido.�?Um meio de fechar o fluxo quando a bomba é parada.�?Um meio de separar a mistura gás-líquido.

Esquemas de instalação

1. Diretamente �?sem recuperação

Neste arranjo o líquido de selagem é tomado diretamente a partir de uma tubulação principal e fornecido à bomba (Fig.1). O líquido descarregado é separado do gás e perdido em um dreno. Nenhuma recuperação ou recirculação é efetuada. Este é um arranjo comum onde a conservação ou contaminação do líquido do selo não é uma preocupação.

Uma válvula solenoide automática assegura o fluxo de líquido de selagem em conjunção com a operação do motor-bomba (ex.: quando o motor deixa de girar, a válvula fecha evitando que a carcaça se preencha com o líquido de selagem). Com uma válvula de fechamento manual, deve ser tomado cuidado para abrir a válvula antes de acionar o motor e fechar a válvula imediatamente antes que o motor seja parado.

2. Recuperação parcial

Neste caso o líquido de selagem entra e deixa a bomba da mesma maneira do arranjo anterior (Fig. 02). Depois disto uma porção de líquido de selagem é recirculada e o remanescente é descarregado do separador.

Novo líquido de compensação é introduzido em quantidade suficiente para manter uma temperatura adequada essencial à boa performance da bomba. Este tipo de arranjo é usado quando a conservação do líquido de selagem é importante. É possível a economia de até 50% no consumo de água e caso venha a ser utilizado outro líquido de compressão, o consumo poderá ser reduzido em mais de 50%, dependendo da pressão de vapor e temperatura do fluido.

3. Circuito fechado

Este arranjo promove a total recirculação do liquido de selagem. Um trocador de calor é adicionado ao sistema para remover o calor de compressão e condensação do líquido de selagem antes que ele seja reintroduzido na bomba (Fig. 03). Para operações prolongadas com elevadas pressões de sucção, e quando o sistema (trocador de calor, tubos, válvulas, etc.) tem excessiva perda de carga, uma bomba de circulação pode se tornar necessária.

Com arranjos parciais ou totais o nível do liquido de selagem no tanque separador de recirculação deverá ser na linha do centro da bomba, ou levemente abaixo. Providências podem ser tomadas para o nível de transbordamento e o baixo nível de compensação no sistema de recuperação total. Estes controles de nível ajudam a prevenir a partida da bomba com o corpo cheio de água, o que pode sobrecarregar o motor e danificar a bomba.

Uma bomba de vácuo de anel liquido tem um rotor com inúmeras pás ligadas a um cubo central e montado, por meio de um eixo, no interior de um corpo cilíndrico oco fechado lateralmente por duas placas postiças, colocadas uma de cada lado lado do rotor.

Como o eixo é montado excentricamente em relação à câmara de bombeamento, as pás do rotor ficam bem próximas do topo da bomba (vide Fig.1) e bem próximas também das placas laterais que fecham o corpo de ambos os lados e que são providas de aberturas especialmente conformadas chamadas “janelas�? destinadas a permitir a entrada e saída do ar bombeado formando uma câmara de bombeamento. Uma das janelas fica ligada à aspiração da bomba, enquanto a outra, posta do outro lado do rotor comunica-se com a conexão de descarga da mesma, com o rotor girando entre as mesmas.

A bomba para operar requer o uso de um líquido (também chamado liquido de selagem). Dada a partida com a bomba cheia do líquido pela metade, a força centrífuga gerada pela rotação do rotor forçará o líquido a girar contra o corpo da bomba criando o assim chamado “anel líquido�? que gira concentricamente em relação ao corpo da bomba.

Sendo o rotor montado excentricamente em relação ao corpo, ao girar (no sentido anti-horário) algumas pás ficarão totalmente imersas no líquido, enquanto que outras (do lado oposto) ficarão quase totalmente fora do mesmo (vide Fig.2). Ao entrar e sair quase completamente do anel líquido, o espaço formado entre duas pás e o corpo, que chamaremos de “célula�? se contrai ou se expande e, dependendo de sua posição em relação às placas, aspirando ou expelindo o ar ou gás, pois na expansão do volume da célula há uma redução de pressão (formando-se o vácuo) e na sua contração ocorre o contrário, ou seja um aumento de pressão (ou compressão). Os gases assim movimentados são expelidos com um pouco do líquido de selagem, de forma turbulenta na saída da bomba.

Durante o ciclo de compressão calor é transmitido ao líquido do anel e, para manter a temperatura abaixo do ponto de vapor do líquido de serviço, deve ser aplicado um resfriamento o que é conseguido adicionando líquido de serviço frio ao anel líquido. A quantidade de líquido adicionada é igual àquela descarregada através da abertura de saída da placa junto com o gás comprimido.

Tudo isto acontece em uma rotação da bomba, de modo que numa rotação da bomba de vácuo processam-se duas fases, a de sucção (puxando um vácuo) e a de compressão (pressionando de volta para a atmosfera) e é exatamente o que ocorre numa bomba de um estágio, que pode alcançar um vácuo de até 600mmHg.

A bomba de dois estágios é justamente como se tivéssemos duas bombas como a acima operando em série, de modo que a descarga da 1ª bomba entre na aspiração da 2ª bomba. Bombas de dois estágios tem uma melhor eficiência em níveis de vácuo mais elevados isto é acima de justamente acima de 600 mmHg.

A bomba de dois estágios é também a melhor escolha se estiver manuseando solventes em vácuo elevado (acima de 600mmHg.). Isto tem tudo a ver com o efeito da temperatura do líquido de selagem, propagando-se através dos dois estágios e seu relacionamento com a tensão de vapor de líquido de selagem das bombas de vácuo.

Autor:
Sr. Corrado Vallo
Omel Bombas e Compressores

Você sabia que quando a pressão de sucção de uma bomba de vácuo de anel líquido se aproxima da pressão de vapor do líquido de selagem, cada vez mais o espaço de cada câmara do rotor é ocupado pelo vapor do líquido em equilíbrio com o próprio líquido de selagem?

Isso mesmo, se a pressão de sucção é reduzida até a pressão de vapor do líquido de selagem se igualar à pressão total, a capacidade de sucção da bomba cairá para zero.

Neste ponto, ou às vezes um pouco antes, bolhas de gás começarão a se formar no líquido de selagem, nos pontos de menor pressão. Durante o ciclo de compressão, essas bolhas vão entrar em colapso, criando um “vazio�?momentâneo que é rapidamente preenchido com líquido. Isto é a cavitação e irá danificar a bomba.

As bolhas de vapor entram em colapso com tal força que as partes internas da bomba, principalmente o rotor, ficam cheias de pequenas cavidades (veja fotos acima). Por esta razão, uma bomba de anel líquido nunca deve ser operada sem carga na sucção. Uma bomba em cavitação tem um som inconfundível: ela soa como se alguém tivesse despejado um saco de bolas de gude dentro dela.

Clique no player abaixo para ouvir o som característico de uma bomba em cavitação:

Fonte:

Eng. Paulo Teixeira Jr. (www.torr-engenharia.com.br)
Informações extraídas do livro “Process Vacuum System, Design & Operation�?/strong>