Bombas e Compressores

Antes de iniciarmos a classificação e tipos de bombas existentes, são apresentadas algumas considerações iniciais sobre o projeto de instalações hidráulicas.

Comumente, quando é feito um pedido de um projeto para instalações hidráulicas industriais, os parâmetros a serem fornecidos, inicialmente, são: local de onde o fluido deve ser retirado, local onde o fluido deve chegar e consumo de fluido. A Figura 2.1 apresenta um esquema básico de onde o fluido está e para onde ele vai.

Com o conhecimento da planta que necessita da bomba hidráulica, traça-se a instalação, ou seja, os tubos necessários e o conjunto motobomba devem ser posicionados. A Figura 2.2 apresenta o modelo da planta com a instalação completa.

Basicamente, esta instalação pode ser dividida em duas partes: sucção e recalque. Conforme Santos (2007, p. 13), do nível do manancial até a entrada da bomba, tem-se a tubulação de sucção. Neste caso, a bomba está acima do nível do manancial, a uma altura considerada grande, ou seja, quanto maior o espaço (distância) entre bomba e manancial, menor será a pressão de entrada da bomba. Assim, o fluido é puxado pela queda de pressão (sucção) até a entrada da bomba. Na sequência, é realizado o recalque, que consiste em levar o fluido o qual se encontra, na bomba, até um ponto superior (tanque superior) ou a uma pressão desejada. Da saída da bomba até o nível desejado do tanque, tem-se a tubulação de recalque, visto que o fluido só pode ser empurrado (recalcado).

Com base na planta projetada, parte-se a seleção de componentes para a montagem da instalação (curvas, tês, válvulas e instrumentos) e, por fim, os cálculos da instalação. Como o assunto sobre bombas hidráulicas é extenso e este material é sucinto, fica para o leitor o estudo sobre tubos, meios de ligação dos tubos, válvulas, conexões e afins.

Primeiramente, dar-se-á uma descrição sobre as máquinas hidráulicas, para se ter uma noção do conjunto dessas máquinas, visto que a bomba hidráulica é uma máquina hidráulica do tipo geratriz.

Esses tipos de máquinas atuam, transformando a energia do líquido em questão, e são subdivididas em:

• máquinas motrizes;
• máquinas mistas;
• máquinas geratrizes.

Máquinas Motrizes

Este tipo de máquina transforma energia hidráulica em energia mecânica, caso esta máquina esteja conectada a um gerador, é possível gerar energia elétrica. Esta categoria de máquina hidráulica incorpora as rodas d’água e turbinas.

As rodas d’água são máquinas muito antigas, utilizadas a partir de 100 a.C. e, hoje, estão em desuso. Já as turbinas são usadas, desde 1827, quando o engenheiro francês Benoit Fourneyron projetou, construiu e instalou a primeira turbina industrial do mundo, sendo sua potência de 6 CV e rendimento de 80%. Este tipo de máquina hidráulica aproveita o desnível entre dois níveis de água. As turbinas convertem a energia hidráulica em energia mecânica que, pelo eixo do rotor da turbina, aciona o rotor do gerador, produzindo energia elétrica.

Os principais tipos de turbinas são:

• Pelton: este tipo de turbina é muito utilizado em grandes quedas (350 metros até 1.100 metros), este modelo de turbina tem algumas peculiaridades, se comparada aos outros modelos, visto que recebe um fluxo de água menor, mas com mais pressão, o que proporciona maior velocidade.
• Francis: este tipo de turbina é utilizado em quedas médias, que variam de até trezentos metros e possui vazão elevada. Esta turbina é de reação, ou seja, o escoamento do fluido por meio do rotor ocorre com variação de pressão e é utilizada na maioria das usinas hidrelétricas brasileiras, como: Tucuruí, Ilha Solteira, Itaipu etc.
• Kaplan: este tipo de turbina é utilizado em aplicações de baixa pressão, ou seja, em baixas quedas de água, geralmente, são utilizados para aproveitarem a energia proveniente das correntezas dos rios. Esta turbina também é conhecida como turbina de hélice. É do tipo axial de reação e é utilizada nas usinas de Jupiá, Nova Avanhandava, Porto Colômbia etc. O modo de produção de hidroeletricidade desta turbina é igual ao da turbina Francis. A Figura 2.3 apresenta as turbinas Pelton (a), Francis (b) e Kaplan (c), respectivamente.

As máquinas motrizes têm uma grande relevância, em diversos países, que possuem possibilidade de aproveitamento de sua energia hidráulica, visto que, nesta categoria de máquinas hidráulicas, estão as turbinas hidráulicas as quais são utilizadas em usinas hidrelétricas, como a de Itaipu, por exemplo. Já as rodas d’água, que também fazem parte desta categoria, estão em desuso.

Máquinas Geratrizes

Este tipo de máquina hidráulica tem a finalidade de realizar o deslocamento de um líquido por escoamento e, consequentemente, transforma energia mecânica em energia hidráulica, ou seja, as bombas hidráulicas encaixam-se nesta categoria.

A classificação das bombas hidráulicas, geralmente, se dá pelas suas capacidades de pressão máxima e deslocamento de fluido por unidade de tempo. Basicamente, dividem-se em duas categorias, descritas a seguir.

• Bombas hidrodinâmicas ou turbobombas: este tipo de bomba não fornece boa vedação entre suas câmaras de entrada e de saída (deslocamento não positivo). Seu regime de trabalho é tido como de baixa pressão em comparação com as bombas de deslocamento positivo. Um exemplo clássico de aplicação são as bombas centrífugas instaladas em reservatórios para a alimentação de caixas de água. O princípio de funcionamento desta bomba é dividido em duas partes, primeiro, adiciona-se energia cinética à massa de fluido para depois transformar esta energia cinética em energia de pressão.

O líquido que está entre as pás do rotor recebe o movimento destas e é jogado para a periferia. Com isto, cria-se um vazio (região de baixa pressão) na entrada do rotor. Este vazio será preenchido por igual quantidade de líquido, estabelecendo-se um fluxo contínuo. A região de alta pressão é criada na periferia do rotor uma vez que o fluído que se desloca pelo canal formado por duas pás adjacentes encontra um aumento progressivo de área o que gera uma queda na velocidade (energia cinética) e um consequente aumento na pressão. Esta alta pressão gerada é responsável pelo transporte do fluído e atendimento das condições desejadas de processo (EQUIPAMENTOS…, on-line).

A Figura 2.4 apresenta uma turbobomba em corte para melhor visualização.

• Bombas hidroestáticas ou de deslocamento positivo: este tipo de bomba fornece boa vedação entre suas câmaras de entrada e as de saída, permitindo, assim, que o fluido mova-se de uma câmara para outra da máquina (deslocamento positivo). Seu regime de trabalho é tido como de alta pressão em comparação com as bombas hidrodinâmicas (turbobombas). Tem seu uso mais adequado em sistemas óleo-hidráulicos. O princípio de funcionamento desta classe de bomba resume-se em a bomba fornecer energia ao fluido sob forma de pressão, para tal efeito, a câmara de compressão, ao longo deste tipo de bomba, tem o seu volume reduzido conforme a bomba desempenha seu papel, causando o aumento na pressão do fluido. Assim, “uma vez que seu órgão impulsionador (pistão, êmbolo, diafragma, palheta, engrenagem etc.) apenas ‘empurra’ o fluido para a descarga, a pressão de descarga é definida pela necessidade do sistema e a vazão é praticamente independente do deste” (EQUIPAMENTOS…, on-line). A Figura 2.5 apresenta uma bomba de deslocamento positivo (bomba de palhetas) em corte para melhor visualização.

As bombas de deslocamento positivo podem ser subdivididas em alternativas e rotativas.

As Figuras 2.5 e 2.6 pertencem à categoria rotativa e serão detalhadas em capítulo posterior.

Máquinas Mistas

Este tipo de máquina hidráulica transforma a energia hidráulica sob uma forma na outra, ou seja, este equipamento usa a energia cinética fornecida pelo desnível de água que chega ao equipamento, esta energia possibilita bombear a água a uma altura superior a da queda de água, ou seja, máquinas mistas são uma mistura de máquinas motrizes e geratrizes. Um exemplo de máquina mista é o carneiro hidráulico, que usa diferenças de pressão, para bombear o fluido (desnível de água). Segundo Horne e Newman (2005, p. 30), o carneiro hidráulico não exige fontes externas de energia para seu funcionamento, energia elétrica, por exemplo. Este tipo de máquina hidráulica apresenta custo reduzido de instalação, no entanto, o custo de fabricação de um carneiro é mais elevado do que o de uma bomba comum de mesma capacidade. Algumas das vantagens deste equipamento é sua robustez e o custo de manutenção que é, praticamente, inexistente. Contudo, necessita de um desnível de água para sua utilização. Uma desvantagem do carneiro hidráulico é que leva (recalca) a um ponto superior uma pequena parcela do fluido em comparação ao fluido disponível na entrada. A Figura 2.7 apresenta o carneiro hidráulico e suas respectivas válvulas.

Nesta categoria de máquinas hidráulicas, temos os ejetores, edutores e os carneiros hidráulicos. Diversos autores incluem, nesta categoria, as transmissões hidrostáticas e as transmissões hidrodinâmicas. As Figuras 2.8 e 2.9 apresentam um ejetor e um edutor, respectivamente.

Os edutores e ejetores são bombas a jato que são ligadas pelo fluido, originário de uma determinada bomba.

Neste subtópico, foram tratadas as máquinas mistas, mais especificamente, o carneiro hidráulico, que é bastante utilizado em propriedades rurais, e os ejetores e edutores, que trabalham em conjunto com a bomba, sendo que o ejetor é um equipamento que usa um fluido em alta pressão e baixa velocidade, para mover outro fluido. Conforme o site VMF (EJETORES, on-line),

Ejetores são bombas de vácuo que convertem a energia de pressão de um fluido denominado de motriz em energia ou velocidade cinética. Este fenômeno ocorre devido ao efeito venturi, causado pelo bico motriz. Com velocidade supersônica, dentro da câmara de sucção ocorre um efeito de arrasto que permite a sucção de fluidos através do bico de sucção. A mistura de fluido motriz e fluido de sucção é liberada sobre o difusor, que converte a velocidade em energia de pressão, liberando a mistura com a pressão exigida através do bico de descarga.

Já para o edutor, a saída estará à baixa pressão e alta velocidade, este é um equipamento que mistura dois fluidos. Conforme o site VMF (EDUTORES, on-line), “os edutores a jato de água, por exemplo, utilizam a energia cinética de um líquido (motriz) para causar o fluxo de outro (sucção). Estes edutores consistem em um bico convergente, um corpo e um difusor”.

No tópico classificação das bombas hidráulicas e seus subtópicos, foi feito, primeiramente, um breve histórico do surgimento desta tecnologia e, após, uma breve discussão de como é realizada a instalação de uma bomba hidráulica em uma planta. Por fim, foi tratado o tema máquinas hidráulicas, para melhor compreensão do conteúdo, visto que as bombas hidráulicas estão inseridas neste tema.

Como citado anteriormente, as bombas hidráulicas podem ser classificadas como deslocamento positivo (volumétricas) ou deslocamento não-positivo (centrífugas/dinâmicas). Neste tópico, são descritos em detalhe os diversos tipos de bombas hidráulicas.

Bombas de Deslocamento Positivo

Esta categoria de bomba hidráulica tem a característica de proporcionar energia, continuamente, transportando determinadas quantidades de fluido da sucção até a descarga, são, comumente, utilizadas em sistemas hidráulicos que acionam atuadores lineares ou rotativos para o deslocamento de uma carga. A bomba de êmbolo alternativa, apesar da simplicidade, descreve bem o funcionamento dessa categoria de bombas. Resumidamente, o objetivo dessas bombas é causar pressões elevadas, diante de vazões um tanto baixas. Conforme Santos (2007, p. 28), a pressão fornecida por bombas deste tipo varia de 6 kgf/cm2 até 700 kgf/cm2, uma pressão muito alta, alcançada apenas em casos extremos. A Figura 2.10 apresenta alguns tipos de bombas de êmbolo.

As bombas de deslocamento positivo podem ser subdivididas em duas categorias: alternativas e rotativas. As bombas volumétricas alternativas são máquinas que, a cada ciclo, transferem um volume fixo de fluido, não permitindo seu retorno. Já as bombas volumétricas rotativas deslocam o fluido baseadas no princípio da rotação. A Figura 2.11 apresenta uma classificação das bombas de deslocamento positivo.

A Figura 2.12 apresenta uma bomba alternativa de diafragma, para melhor exemplificação do texto escrito, posteriormente.

As bombas volumétricas alternativas são divididas em categorias da seguinte forma:

1. Tipo do acionador:

• bombas de ação direta: é ligada por meio de uma máquina a vapor que move de forma direta o elemento propulsor do líquido da bomba;
• bombas de potência: é acionada por um motor elétrico ou de combustão interna.

2. Número de cilindros:

• dimplex: apenas um cilindro;
• duplex: existem dois cilindros;
• triplex: existem três cilindros;
• multiplex: existem mais de três cilindros.

3. Posição dos cilindros:

• vertical ou horizontal.

4. Ação de bombeamento:

• simples efeito: somente um lado do elemento movimentador atua sobre o líquido;
• duplo efeito: os dois lados do elemento movimentador atuam sobre o líquido.

5. Elemento movimentador:

• curso constante: construção usual, são as bombas do tipo pistão ou êmbolo;
• curso variável: possibilita variar a vazão, por esta característica, são qualificadas como dosadoras, ou seja, uma bomba alternativa de diafragma, visto que o movimento alternado do diafragma confere a possibilidade de variar a vazão do fluido.

6. Peça propulsora do líquido:

• bomba alternativa de pistão: este tipo de bomba hidráulica é capaz de converter força mecânica em pressão e vazão. O seu funcionamento, como o próprio nome já diz, envolve o movimento de pistões e o deslocamento do fluido. Movimentando-se para cima, uma das válvulas é aberta e permite a entrada de fluido, quando se movimenta para baixo, a válvula de saída deixa o líquido sair, no entanto, sai com alta pressão. A operação de uma bomba alternativa de pistão processa-se em duas fases: aspiração e descarga. A Figura 2.13 apresenta uma bomba alternativa de pistão em corte.

Aplicando-se uma força externa ao pistão, este penetra no cilindro e obriga o fluido a se movimentar. Tendo que o cilindro é cerrado (vedado), ocorre um aumento de pressão internamente ao cilindro, a válvula de sucção permanece fechada e a válvula de descarga abre e libera o fluido. Ao recolher-se o pistão, uma área de vácuo forma-se, internamente, ao cilindro, está área de vácuo é preenchida pela entrada de fluido que se encontra, no tubo de sucção, após a abertura da válvula de sucção. Depois destas duas etapas de entrada e saída do pistão, o ciclo se repete.

A Figura 2.14 apresenta a bomba alternativa de pistão em corte, sendo disponível em uma bancada de uma indústria.

• bomba alternativa de êmbolo: em relação à bomba alternativa de pistão, a única mudança é o formato do elemento propulsor, visto que o êmbolo é um pistão alongado. No entanto este tipo de bomba hidráulica suporta pressões mais elevadas. A Figura 2.15 apresenta uma comparação entre os elementos propulsores das bombas alternativas de êmbolo e de pistão.

• bomba alternativa de diafragma: este tipo de bomba possui um elemento que fornece energia ao fluido, este elemento é uma membrana acionada por uma haste de movimento alternativo, ou seja, o diafragma é alternado pela ação do fluido hidráulico e o fluido bombeado pelo pistão alternativo, basicamente, uma bomba de pistão faz funcionar uma bomba de diafragma. Este sistema não permite o contato entre o elemento de bombeamento e o líquido bombeado, fato que torna esta bomba adequada, para trabalhar com líquidos caros, explosivos e afins. Este tipo de bomba pode ser acionado de forma mecânica, hidráulica ou pneumaticamente. A Figura 2.16 apresenta a bomba alternativa de diafragma.

A bomba alternativa de diafragma pode ser utilizada em indústrias alimentícias e farmacêuticas (bombas sanitárias), por exemplo, visto que não possui contato do fluido com lubrificantes da bomba.

A bomba alternativa de êmbolo é bastante utilizada, no bombeamento de produtos viscosos, e processos que requerem uma alta pressão também se utilizam deste tipo de tecnologia. Já a bomba alternativa de pistão é utilizada para pressões menores. Estes dois tipos de bombas podem ser utilizados em diversas aplicações, como:

• máquinas industriais;
• mineração;
• guindastes;
• campos petrolíferos;
• siderurgia.

Entre as bombas de deslocamento positivo (volumétricas), as bombas rotativas são as mais utilizadas e, na sequência, descrever-se-á as mais utilizadas.

• bombas rotativas de engrenagens: esta bomba é do tipo volumétrica e é muito compacta. A sua construção se dá por meio de uma estrutura com canais de entrada e saída e duas engrenagens, sendo uma destas que move a outra. Como o espaço entre engrenagens e a caixa na qual esta se encontra inserida é muito pequeno, quando as engrenagens se movem, o líquido que fica nos vãos das engrenagens é forçado a sair pela descarga e, assim, o ciclo vai se repetindo. Este tipo de bomba é muito utilizado em instalações químicas, para bombear líquidos de alta viscosidade. A Figura 2.17 apresenta a bomba rotativa de engrenagens.

Neste tipo de bomba, o fluido disponível em um reservatório, por exemplo, é conduzido da entrada (câmara de baixa pressão) para a saída (linha de pressão), por meio dos espaços entre as engrenagens e a carcaça. Quando as engrenagens se casam, ocorre uma diminuição do espaço onde o fluido fica acomodado, isto é, o fluido é comprimido (pressurizado), sendo que este precisa tomar um caminho de saída da bomba, ou seja, para o sistema. Segundo Linsingen (2008, p. 145), “devido ao princípio construtivo, não há possibilidade de promover a variação reversível do volume das células de transporte, e consequentemente do deslocamento volumétrico, de modo que são tipicamente máquinas de deslocamento fixo”.

• bombas rotativas de palhetas: este tipo de bomba tem seu princípio construtivo baseado em um estator e um rotor, sendo que a parte móvel não tem o mesmo centro da carcaça. No rotor há rasgos, nos quais ficam as palhetas. Conforme Santos (2007, p. 32),

Quando a bomba é ligada as palhetas são lançadas ao encontro do estator por ação de pressão do fluido e por forças centrífugas formando câmaras crescentes na sucção e decrescentes no recalque. Este tipo de bomba tem diversas aplicações, como: equipamento automotivos, como de compressão e câmbio automático, bombas de vácuo, usadas em caminhões e aviões, ar condicionado e equipamentos de laboratório.

A Figura 2.18 apresenta a bomba rotativa de palhetas.

• bombas rotativas de pistões radiais: neste tipo de bomba, os pistões são perpendiculares ao eixo de acionamento, sendo que esta bomba trabalha com o princípio da força centrífuga e seu funcionamento é mais simples do que a bomba rotativa de pistão axial. O termo IDC (Inner Dead Center), ou ponto morto interno, retrata o momento em que o pistão está mais internamente possível dentro do cilindro. Já o termo ODC (Outer Dead Center) ou ponto morto externo retrata o momento que o pistão está mais fora do cilindro. A Figura 2.19 apresenta a bomba de pistão radial.

• bombas rotativas de pistões axiais: segundo Fialho (2003, p. 65), “as bombas de pistões funcionam com base no princípio de movimento alternativo executado pelos pistões, ou seja, sucção do fluido num sentido e expulsão no sentido contrário”. Este tipo de bomba gera uma ação de bombeamento, onde os pistões se alternam dentro de um tambor cilíndrico. O movimento rotativo de um plano inclinado desloca o fluido e, consequentemente, gera o movimento dos pistões, que podem ser fixos ou variáveis. As bombas de pistões axiais têm duas formas construtivas: eixo inclinado ou prato inclinado. A escolha de uma ou de outra depende da aplicação e exigências a que a bomba vai ser submetida. O princípio de funcionamento deste tipo de bomba, conforme Tomazzoni (2014, p. 15),

[...] consiste no giro do tambor de pistões e o deslizamento dos pistões sobre uma placa fixa, que está em ângulo com o sentido de giro dos pistões. Em uma das metades do ciclo de rotação, o pistão sai do bloco do cilindro e gera um volume crescente, admitindo entrada de fluido em seu interior. Na outra metade do ciclo de rotação, este pistão entra no bloco e gera um volume decrescente que expurga o óleo com pressão para o sistema.

A Figura 2.20 apresenta a bomba de pistão axial em detalhe.

• bombas rotativas de rotores lobulares: este tipo de bomba usa um princípio de funcionamento semelhante ao da bomba de engrenagens, já que o fluido é conduzido pelo espaço entre os lóbulos, esta bomba possui dois rotores. O fluido é descarregado em maiores quantidades, no entanto, menos vezes por ciclo, isso acarreta um escoamento que não é constante. Este tipo de bomba é ideal para fluidos viscosos e é, amplamente, utilizada na indústria alimentícia. A Figura 2.21 apresenta tal bomba.

Neste tópico e em seus subtópicos, tratou-se das bombas do tipo deslocamento positivo. Foram detalhados os funcionamentos dos diversos modelos existentes que se encaixam, nesta categoria, e suas respectivas aplicações na indústria.

Turbobombas

O princípio de funcionamento deste tipo de bomba consiste, basicamente, na cessão (transmissão) de energia mecânica para o fluido por meio do rotor, sendo montado sobre o eixo que fica no interior da carcaça da bomba, conforme a Figura 2.22. O fluido alcança o rotor por meio de um bocal de sucção (alimentação) e é obrigado pelas pás do rotor a ir até a sua periferia, chegando à periferia com velocidade elevada. Portanto, ao sair da periferia do rotor, o fluido sai das lâminas do rotor e chega ao bocal de recalque (descarga), a energia mecânica produzida pelo rotor e transmitida ao fluido é transformada em energia cinética. A energia cinética, então no bocal de recalque, é transformada em energia de pressão pelo aumento da seção de recalque.

Além disso, não há vedação mecânica entre entrada e saída, logo, ocorre vazamento interno, fato este que não acontece com as bombas de deslocamento positivo. Este tipo de bomba tem uma grande flexibilidade operacional e baixo custo de manutenção, portanto, a indústria vem aumentando seu uso em suas instalações. Estas bombas apresentam diversas vantagens e algumas desvantagens.

Vantagens:

• vazão uniforme: este termo trata do volume por unidade de tempo que vaza (escoa) de forma constante, por uma seção transversal da turbobomba;
• ausência de tempo morto;
• ocupação de espaço reduzido: são mais compactas que as bombas de deslocamento positivo;
• baixo custo de manutenção;
• ausência de válvulas;
• menores vibrações: opera em frequências bem acima da frequência natural de vibração da bomba;
• fundações mais simples: devido às menores vibrações a que a turbobomba é submetida, em comparação com as bombas volumétricas.

Desvantagens:

• menor rendimento;
• são impróprias para pequenas vazões e altas pressões: considerando a eficiência mecânica das turbobombas e das bombas volumétricas. Em pressões mais elevadas, a eficiência das bombas volumétricas, praticamente, não se modifica, já a eficiência das turbobombas diminui;
• difícil aspiração;
• são impróprias para fluidos muito viscosos: uma turbobomba diminui a vazão conforme a viscosidade do fluido aumenta, já uma bomba de deslocamento positivo aumenta seu fluxo. Os fluidos que possuem uma alta viscosidade ocupam os espaços internos (folgas) da bomba, ocasionando um rendimento volumétrico maior.

A área de atuação deste tipo de bomba é muito grande, como:

• estações de tratamento;
• serviços de irrigação e drenagem;
• indústrias têxtil, petrolífera e química;
• mineração.

Na sequência, são apresentados e detalhados alguns tipos de bombas dinâmicas.

• bomba centrífuga radial: estas bombas são as mais simples e mais utilizadas entre as bombas dinâmicas. A energia provida por essas bombas ao líquido é do tipo cinética e não mais mecânica, como nas bombas volumétricas. O sentido de saída do fluido é radial ao eixo do rotor, por esse motivo essas bombas são conhecidas como centrífugas puras. Essas bombas são usadas, quando se necessita de cargas manométricas mais expressivas que as vazões. A Figura 2.23 apresenta o corte transversal de bomba centrífuga radial ligada a um motor elétrico que movimenta seu rotor.

• ‍bomba centrífuga helicoidal: este tipo de bomba também é conhecida como bomba de cavidades progressivas. Segundo Santos (2007, p. 38), “nessa bomba, parte da energia fornecida ao fluido é devida à força centrífuga e parte devida à força de arrasto”. Este tipo de bomba é bastante utilizado em estações de tratamento de esgoto. Conforme Weatherford (2008, p. 3),

O elemento básico da bomba é um rotor de aço, na forma helicoidal comum e de seção circular, que gira dentro de um estator geralmente fabricado em elastômero vulcanizado numa carcaça externa metálica e na forma de uma cavidade helicoidal dupla e com o dobro do passo do rotor. Em razão da geometria do rotor e do estator, são formadas cavidades vedadas entre o bocal de sucção e o de pressão. A rotação do rotor causa abertura e fechamento destas cavidades alternadamente numa progressão ininterrupta ao longo do estator, fazendo com que o líquido seja deslocado continuamente da sucção para a descarga da bomba. O resultado é o ajuste perfeito entre o rotor e estator o que torna a bomba altamente eficiente em termos de sucção independentemente da rotação.

A Figura 2.24 apresenta uma bomba centrífuga helicoidal.

• bomba centrífuga diagonal: este tipo de bomba também é conhecido como bomba centrífuga semiaxial, já que o fluido entra axialmente ao rotor. Nessa bomba, uma parcela da energia entregue ao fluido é devido à força centrífuga, e a parcela restante pela força de arrasto. A bomba centrífuga diagonal é usada para vazões mais significativas em relação às cargas atendidas. A Figura 2.25 apresenta uma bomba centrífuga diagonal.

• bomba centrífuga axial: nesta máquina, o fluido entra paralelo ao eixo do rotor e sai, paralelamente, a ele. Nessa bomba, a energia fornecida ao fluido se deve somente à força de arrasto. A bomba centrífuga axial é usada, quando a motivação pela vazão é maior com referência às cargas atendidas. A Figura 2.26 apresenta a bomba centrífuga axial.

Parâmetros e Softwares para Dimensionamento de Bombas Hidrodinâmicas (turbobombas)

Para realizar-se o dimensionamento de uma turbobomba, são necessários alguns parâmetros, sendo os dois mais importantes a altura manométrica total (H) e a vazão (Q = V/t). Por meio destes parâmetros e pela Figura 2.27, é possível visualizar a altura manométrica total correspondente a cada vazão.

Em relação aos softwares para dimensionamento de uma turbobomba, tem-se o software da Schneider S/A, no qual o usuário entra com os dados de vazão, altura e potência e o software fornece alguns novos parâmetros e corrige outros com altura e potência, se necessário. Um termo importante e que deve ser de conhecimento do leitor é o NPSH (Net Positive Suction Head), ele é definido como um critério que tem por função realizar a medição da pressão atmosférica e a pressão da coluna de fluido, isto é, verifica a formação de bolhas de vapor ou de gás no fluido que está sob análise. Conforme Tetralon (2018, p. 1), “a função do NPSH é mostrar o quanto o líquido deve ser empurrado antes que comece a formar bolhas. Quando vamos bombeá-lo, o correto é que ele chegue até a linha central do ponto de sucção da bomba e não ocorra a evaporação do fluido”. A formação de “bolhas” ou evaporação do fluido é denominada de cavitação e ocorre, quando a pressão na sucção decresce a ponto de a água evaporar a temperatura ambiente. A Figura 2.28 apresenta o software para dimensionamento de uma turbobomba.

Este subtópico tratou do tema parâmetros e softwares para dimensionamento de turbobombas. É importante salientar que este assunto é de extrema importância, visto que uma turbobomba com dimensionamento adequado trará maior retorno à empresa, tanto em termos de recuperação do capital investido, no equipamento, quanto na produção da empresa.

Instalação de Bombas Hidráulicas

A instalação de bombas hidráulicas deve seguir uma série de requisitos para que elas possam trabalhar da melhor maneira possível. Primeiramente, é feita a inspeção do equipamento comprado, ou seja, realiza-se a aferição se há componentes danificados ou faltantes. Em um segundo momento, ocorre o transporte do equipamento, que deve ser efetuado com muito cuidado. Caso o transporte seja feito, diretamente, para a área de instalação, a escolha do local onde o equipamento será instalado deve ser acessível para o setor de manutenção, na sequência, deve-se realizar uma fundação adequada para que suporte a bomba e reduzam as vibrações. Por fim, realiza-se a montagem e o alinhamento da bomba. A Figura 2.29 apresenta um desenho de uma bomba instalada junto com a tubulação de recalque e de sucção.

Conforme Tropicalrio (on-line), “se a bomba foi armazenada por longo tempo ou se esta apresentar vestígios de oxidação excessiva, deve ser lavada com querosene. O óleo dos mancais deve ser substituído por óleo novo e as superfícies internas devem ser lavadas com água, para eliminar os vestígios do protetor usado no armazenamento”.

Na sequência, são apresentados alguns termos relacionados às bombas hidráulicas.

Válvula de gaveta: este componente nada mais é do que uma válvula manual de bloqueio, sendo que são de operação suave e lenta, logo, são utilizadas em sistemas onde o abrir e fechar a válvula não seja constante.

Gaxetas: este componente se trata de um anel, geralmente, feito de borracha, no entanto, pode haver variações, mas sua finalidade é a vedação entre duas peças conectadas.

Neste subtópico, foi realizada uma breve discussão da importância dos procedimentos a serem seguidos, quando se deseja instalar uma bomba hidráulica, visto que este equipamento é de grande importância e, em alguns casos, de alto custo para as indústrias que venham a adquiri-lo.

Cuidados na Operação e Manutenção de Bombas Hidráulicas

As bombas hidráulicas têm importância fundamental, em diversos processos, logo, é necessário que estes equipamentos sejam instalados, operados e tenham a devida manutenção por pessoas que possuem conhecimento da máquina. Em relação à operação de uma bomba, é necessário tomar algumas medidas de verificação. Segundo Tropicalrio (on-line), temos os seguintes cuidados a tomar com a bomba, antes de iniciar sua operação:

• verificar se o equipamento está devidamente fixado;
• verificar se as tubulações estão alinhadas e bem fixadas;
• verificar as ligações elétricas e os respectivos sistemas de proteção do equipamento;
• verificar se o conjunto como um todo está bem alinhado;
• verificar se os mancais da bomba estão, devidamente, lubrificados;
• verificar o sentido de rotação do rotor para bombas centrífugas;
• verificar se a bomba está escorvada (este termo trata, basicamente, do enchimento da bomba com fluido antes de a bomba entrar em operação de fato).

Essas são algumas das verificações necessárias para que a bomba possa entrar em operação de modo adequado e seguro, tanto para o equipamento quanto para o usuário ou operador.

Conforme Tropicalrio (on-line), em relação ao acionamento da bomba, tem-se que

A instalação elétrica do motor de acionamento deve estar de acordo com os dados da placa do motor. Para motores maiores que 7,5 cv, a partida não deve ser direta, ou seja, deve utilizar tipos de chaves que reduzam a corrente elétrica inicial, evitando sobrecargas na rede elétrica. Dispositivos de proteção adequado também devem ser previstos para assegurar o motor contra imprevistos no fornecimento de energia elétrica.

Outro ponto a ser verificado é a partida da bomba, que pode mudar de acordo com o tipo de instalação realizada. Alguns pontos devem ser verificados, no equipamento, para que se comporte, adequadamente:

• a válvula de sucção deve estar aberta na sua totalidade;
• realizar a partida do motor;
• observar se a bomba está realizando o recalque;
• verificar a temperatura dos mancais, após certo tempo de operação (aproximadamente, duas horas);
• verificar se o equipamento opera sem ruídos e/ou vibrações.

Por fim, temos a parada da bomba, na qual deve-se tomar algumas providências, conforme Viana (2003, p. 26), como:

• se o recalque não tem válvula de retenção, feche o registro de gaveta. A não observância deste procedimento pode causar sérios danos à bomba, principalmente, no caso de instalações de grande porte;
• desligamento do motor;
• fechar as tubulações e/ ou conexões auxiliares, desde que o manual do equipamento não diga o contrário;
• fechar válvula de sucção, caso exista.

Em relação à manutenção das bombas hidráulicas, deve ser realizada, preferencialmente, de maneira preditiva ou preventiva, para evitar falhas durante o processo no qual esta esteja operando.

A manutenção preditiva é realizada por meio da medida de vibrações de determinadas partes da bomba, com equipamentos adequados. Conforme Viana (2003, p. 28),

A vibração é caracterizada pelos seus parâmetros, quais sejam, aceleração, amplitude e velocidade e sendo os dois últimos de maior significado para análises mais profundas. Os valores de medição são comparados com os valores de normas, sendo as mais aplicadas: VDI 2056, Hidraulic Institute, API 610, ISO 2372 e ISO 5174.

Na sequência, são apresentados alguns defeitos que podem produzir vibrações:

• desbalanceamento do rotor;
• acoplamento e/ou mancal desalinhados;
• rolamentos avariados;
• peças soltas (frouxas);
• atrito entre partes móveis e fixas;
• ressonância.

A manutenção preventiva concentra esforços, para impedir que as máquinas de uma indústria parem de forma inesperada, visto que isto causa impedimentos à produção. Na sequência, são apresentados aspectos que podem impactar no programa de manutenção preventivo:

• verificar a relevância da bomba na produção da empresa;
• disponibilizar peças de reserva, conforme recomendações do fabricante;
• disponibilizar pessoal treinado, para realizar a manutenção;
• promover e implantar um controle do programa de manutenção.

A manutenção corretiva tem por função corrigir falhas que já ocorreram e pararam a produção da indústria, geralmente, este tipo de manutenção é emergencial.

Por fim, pode-se dizer que a necessidade de manutenção corretiva sempre é realizada, quando há ruídos demasiados, temperaturas elevadas nos mancais, corrente elétrica elevada no motor e baixo rendimento na bomba hidráulica.

No tópico tipos das bombas hidráulicas e seus subtópicos, foi realizada uma discussão, mostrando sua importância para a indústria. Apresentou-se vários tipos de bombas, tanto volumétricas quanto dinâmicas. Além disso, foram discutidas as formas construtivas, vantagens, desvantagens e áreas de aplicação, na indústria, para diversas bombas. Além disso, foram tratados temas relacionados à operação e manutenção dessas máquinas e apresentada uma breve discussão sobre dimensionamento de turbobombas.

O compressor é um equipamento criado para aumentar a pressão de um fluido em estado gasoso e acumulá-la em um reservatório para uso posterior. É interessante observar que o princípio de funcionamento entre bombas e compressores é o mesmo, o que difere são as propriedades dos fluidos com que trabalham, ou seja, líquidos (incompressíveis, mais densos) e dos gases (compressíveis, menos densos).

Classificação dos Compressores - Aplicação

Conforme Pacheco (2011, p. 2),

os compressores operam de modo a transformar o trabalho mecânico em energia em forma de pressão que é passada para o gás. O gás, então pressurizado, pode ser armazenado como fonte energética, percorrer vastas distâncias no interior de tubos e realizar trabalho mecânico ao atuar em série com outras máquinas.

Os atributos físicos de um compressor podem mudar de acordo com sua atividade. Na sequência, os compressores são classificados conforme sua aplicação, de acordo com Rodrigues (1991, p. 51-52):

• compressores de ar para serviços ordinários: são utilizados, comumente, em serviços de jateamento, limpeza, pintura e acionamento de pequenas máquinas automáticas entre outras aplicações.
• compressores de ar para serviços industriais: esses compressores localizam-se em centrais que têm a função de dar suprimento de ar para unidades industriais das quais façam parte. Geralmente, são compressores de grande porte e custo elevado, no entanto, existem modelos mais básicos que atendem às expectativas dos clientes, já que essa categoria de compressor muda pouco de um sistema para outro.
• compressores de gás ou de processo: essa categoria de compressores inclui sistemas de compressão de ar pouco comuns, para instalações de indústrias químicas, petroquímicas e petrolíferas. Como exemplo, pode-se citar um compressor de parafuso que tenha como fluido ar, gases neutros, gases de processo ou gases agressivos, sendo a compressão do tipo isento de óleo. É uma máquina de grande vazão e potência, porém, utiliza uma concepção similar a de um compressor de gás.
• compressores de refrigeração: esses compressores trabalham com fluidos bastante particulares e em condições de sucção e descarga pouco variáveis, isso permite sua produção em série.
• compressores para serviço de vácuo: essa categoria de compressores é capaz tanto de diminuir a pressão, permitindo a obtenção do vácuo, ou regular a pressão para um determinado processo que uma empresa precisa.

3.2 Classificação dos Compressores - Princípio Construtivo

Os compressores industriais podem ser de dois tipos em relação ao seu aspecto construtivo: volumétrico e dinâmico.

Nos compressores volumétricos (deslocamento positivo), para se ter uma elevação de pressão, é necessário reduzir o volume ocupado pelo gás. Na operação dos compressores volumétricos, geralmente, identifica-se várias fases, que formam um ciclo de funcionamento: a princípio, uma parcela de gás é admitida, no interior de uma câmara de compressão, esta é fechada e, consequentemente, reduz-se o volume, quando a câmara é aberta, o gás é liberado para consumo. Quando se diz que a compressão é realizada em sistema fechado, quer dizer que não há contato com a sucção e a descarga. A Figura 2.30 apresenta o compressor rotativo de parafusos.

Os compressores dinâmicos dispõem de dois elementos importantes: impelidor e difusor. O primeiro é rotativo e dotado de pás que entregam ao gás a energia recebida de um acionador. Essa transferência de energia se dá em uma parcela de energia cinética e o restante na forma de entalpia. Por fim, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido no difusor, que tem a função de converter energia cinética em entalpia e, posteriormente, em ganho de pressão. Esse tipo de compressor realiza a compressão, continuamente.

Na sequência, é apresentada a Figura 2.32, que resume os compressores mais utilizados, na indústria, consoante com seu princípio de funcionamento.

Neste tópico e respectivos subtópicos, foi dada uma breve descrição de como os compressores trabalham e como são classificados, considerando o tipo de trabalho realizado e, em segundo momento, como são classificados, segundo seu aspecto construtivo.