Em busca da bomba sem vazamento
A necessidade de uma bomba sem vazamento tornou-se urgente na era moderna, quando as bombas industriais começaram a manusear líquidos perigosos. No caso de um líquido tóxico ou inflamável, é essencial proteger as pessoas e o meio ambiente de eventuais vazamentos. Além disso, cada vazamento significa desperdício de produto, o que se torna significativo ao bombear meios caros, como materiais farmacêuticos.
Imagem 1. Bomba com caixa de gaxeta (Imagens cortesia de ITT Goulds Pumps)
Por que as bombas vazam?
Considere por que é tão desafiador evitar que as bombas vazem. Tome a bomba centrífuga comum como exemplo. Nesta bomba, um eixo e um impulsor são girados por um motor, mas o motor está localizado fora da bomba. É onde o eixo sai da bomba, especificamente nos pontos de contato entre as partes rotativas e estacionárias, que os vazamentos podem ocorrer.
A caixa de enchimento
Em algumas bombas, um dispositivo chamado caixa de gaxeta é usado para resolver o problema de vazamento.
A caixa de empanque é uma câmara situada no exterior da caixa da bomba onde sai o veio. Dentro dele,
o material de vedação - uma substância de vedação macia - é colocado ao redor do eixo.
Usando um dispositivo especial (uma porca no caso mais simples), a gaxeta é então comprimida, fazendo com que ela pressione contra as paredes da câmara e do eixo, evitando assim que o líquido saia da bomba.
No entanto, o eixo deve estar em contato próximo com o material de vedação para que a vedação fique firme. Isso pode criar atrito e levar a uma vida útil mais curta.
Imagem 2. Selo mecânico
Selos Mecânicos
Os principais elementos dos selos mecânicos são dois anéis: um móvel, que gira com o eixo, e um estacionário, que é fixado ao corpo da bomba com um pino.
A estanqueidade contra vazamentos é criada pelo contato entre as superfícies do anel, que forma um chamado par de fricção. Para fornecer o contato, o anel móvel é pressionado contra o anel fixo por uma mola, unidade de mola ou fole - que é uma bainha ondulada elástica de camada única ou multicamada feita de materiais metálicos, não metálicos e compostos. Para vedação adicional, são usadas vedações secundárias, que são anéis de vedação feitos de elastômero.
Ao trabalhar corretamente, uma fina película de líquido está presente entre as superfícies de atrito para garantir a lubrificação e a dissipação de calor. A folga entre suas superfícies é igual à sua altura de rugosidade e, via de regra, não excede um milionésimo de metro. É importante ressaltar que o anel fixo nunca toca o eixo, reduzindo assim o desgaste.
Escolher os materiais corretos do anel de vedação não é uma tarefa trivial. Os anéis precisam ter força e resistência ao desgaste suficientes para suportar os efeitos da operação da bomba e ser quimicamente resistentes ao meio bombeado. Além disso, eles devem ser capazes de suportar as altas temperaturas que surgem devido ao atrito. Por essas razões, os pares de atrito são tecnologias surpreendentemente sofisticadas, exigindo as disciplinas teóricas e de cálculo da mecânica, termodinâmica, hidráulica e tribologia. Devido à pequena folga entre os anéis, a fabricação de selos mecânicos modernos realmente se enquadra na categoria de nanotecnologia.
Selos Mecânicos Duplos
As vedações mecânicas de par de fricção simples podem apenas minimizar os vazamentos, não eliminá-los. Para tentar eliminar ainda mais os vazamentos, foram criados selos mecânicos duplos. O sistema auxiliar – chamado plano de lavagem ou plano de tubulação – alimenta um fluido especial, chamado barreira, na área da vedação entre os dois anéis do par de fricção. Sua pressão é mantida um pouco mais alta que a do meio bombeado na área de vedação e, desta forma, a estanqueidade é alcançada. O fluido de barreira também realiza as tarefas necessárias de remoção de calor e lubrificação no caso de o meio bombeado não possuir as propriedades para fazê-lo. A água, por exemplo, perde suas propriedades lubrificantes em cerca de 176 F (80 C).
As vedações mecânicas duplas podem eliminar vazamentos do fluido bombeado para a atmosfera. No entanto, eles podem ser relativamente caros e difíceis de manter. Além disso, mesmo o par de fricção mais cuidadosamente construído falhará com o tempo devido ao desgaste, portanto, eles exigem monitoramento e substituição contínuos.
Acoplamentos Magnéticos
Figura 3. Desenho em corte de uma bomba mag drive. O eixo com ímãs de acionamento gira o cartucho, que inclui os ímãs acionados.
Devido a essa transmissão remota de energia, o eixo não precisa passar pela carcaça, portanto, não há furos e não pode haver vazamentos. No entanto, essas bombas tendem a ser mais caras, devido ao custo dos ímãs de última geração que exigem. Normalmente, estes são feitos de ligas exóticas de neodímio, cobalto e samário, mas a liga de neodímio ferro boro (NdFeB) é agora considerada mais eficaz. A vida útil desses ímãs pode ser de dezenas ou até centenas de anos - geralmente mais longa do que a vida útil da própria bomba.
Bombas de motor enlatado
O outro avanço que surgiu com o desenvolvimento da eletromecânica e da teoria eletromagnética foi a bomba motorizada enlatada. Este dispositivo combina a função do motor elétrico com a da bomba centrífuga clássica. É semelhante a uma bomba com um acoplamento, mas o papel dos ímãs é desempenhado pelos enrolamentos do estator (parte fixa do motor elétrico) e do rotor. É chamado de “enlatado” porque o motor é protegido contra curtos-circuitos por um cilindro especial (carcaça) e localizado dentro da carcaça da bomba no líquido bombeado, que simultaneamente lubrifica e resfria os mancais.
Imagem 4. Motobomba enlatada
O torque dos enrolamentos “secos” do estator é transmitido através de uma carcaça hermética, portanto não há possibilidade de vazamentos.
Como as motobombas enlatadas usam menos peças, elas são compactas. No entanto, como as bobinas do estator e do rotor são separadas por várias divisórias, sua eficiência pode ser relativamente baixa. Portanto, esses dispositivos são extremamente úteis, mas consomem mais energia.
O esforço persistente ao longo de muitos anos produziu uma variedade de opções para obter uma bomba sem vazamentos. Cada um tem sua própria mistura de vantagens e desvantagens. Para determinar qual é o melhor para sua operação, os especialistas selecionarão um projeto de acordo com as propriedades dos líquidos bombeados, condições operacionais e restrições econômicas.