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Bombas de vácuo de anel líquido – Tecnologia de vácuo clássica, mas também de última geração

O desenvolvimento da tecnologia de vácuo nunca parou – continuou sempre avançando, não só no passado mais recente como também ao longo de décadas. Atualmente, as bombas de vácuo de parafuso a seco são utilizadas na tecnologia de processamento químico e em muitas outras aplicações, assim como as bombas de vácuo de garras a seco se firmaram como geradores de vácuo padrão em setores inteiros da indústria. As bombas de vácuo de palhetas rotativas lubrificadas a óleo também são a opção mais avançada em muitas aplicações, sobretudo devido ao seu desenvolvimento contínuo. Nos seus campos de aplicação, são normalmente as bombas de vácuo mais utilizadas.
Apesar das muitas melhorias, dos novos desenvolvimentos e de todos os avanços, o princípio da geração de vácuo permaneceu até hoje em certas aplicações e ainda é aplicado com sucesso: a bomba de vácuo de anel líquido.
O princípio por trás da bomba de vácuo de anel líquido foi desenvolvido em 1890, no formato de uma "bomba de anel de água". Devido à sua construção simples e robusta, as bombas de vácuo de anel líquido (fig. 1) são adequadas à geração de vácuo em aplicações nas quais são evacuados gases ou vapores úmidos ou nas quais a condensação no interior da bomba de vácuo ocorre normalmente durante o processo de compressão. São, portanto, adequadas aos processos úmidos e, desta forma, são utilizadas na geração de vácuo industrial na tecnologia de processo, na indústria química, durante a produção e processamento de petróleo, na ventilação de capacitores de turbinas a vapor, na indústria dos plásticos, na fabricação de papel, na indústria da tecnologia alimentícia e em muitas outras aplicações industriais.
Princípio de operação
Como fluido de operação, as bombas de vácuo de anel líquido utilizam água ou um líquido compatível com o gás ou vapor que será evacuado. Também é utilizado etilenoglicol, óleos minerais ou solventes orgânicos, bem como outros líquidos que já fazem parte do processo. O princípio básico é o mesmo em todos os tamanhos e versões.
Um impulsor com montagem excêntrica gira no interior de uma carcaça cilíndrica (fig. 2). Esta carcaça é enchida com o fluido de operação na medida necessária à imersão das pás do impulsor. O movimento rotativo da roda de pás e a força centrífuga resultante originam o chamado “anel líquido” dentro da carcaça. O gás é bombeado nos espaços entre as pás individuais e o anel líquido. Graças à disposição excêntrica da roda de pás, os volumes desses espaços se alteram, originando a aspiração, a compressão e a nova descarga do gás. O anel líquido veda os espaços individuais até ao cilindro. Por este motivo, às vezes é chamado de fluido vedante em vez de fluido de operação.
Mecanismo
Devido ao fluido de operação utilizado, este mecanismo apenas pode ser utilizado na faixa de vácuo industrial. Isto acontece porque o nível de vácuo alcançável depende da pressão de vapor do fluido de operação, que é constantemente bombeado através da bomba de vácuo. Isso permite que a bomba de vácuo de anel líquido seja operada a temperaturas relativamente baixas. Além disso, a operação é predominantemente isotérmica. Isso significa que o meio a ser bombeado praticamente não se aquece durante o processo de compressão. Portanto, as bombas de vácuo de anel líquido são ideais para bombear vapores e gases com alto teor de umidade. As baixas temperaturas na bomba de vácuo são favoráveis à condensação dos vapores e gases úmidos do processo. Até um certo ponto, isso significa que a bomba de vácuo também funciona como um capacitor. Como a condensação já ocorre quando o gás entra na bomba de vácuo, o volume do gás é reduzido drasticamente. Além do efeito de condensação, desta forma também se consegue obter um aumento na velocidade de bombeamento nominal. O fluido de operação desvia o calor de compressão, um processo que suporta a condensação e aumenta a velocidade de bombeamento. Uma vantagem significativa das bombas de vácuo de anel líquido é que o fluido de operação e os materiais utilizados para os componentes podem ser adaptados para se adequarem ao meio bombeado. Desta forma também é possível bombear gases e vapores explosivos. Devido às baixas temperaturas de operação, o bombeamento de materiais explosivos pode, em qualquer caso, ser considerado muito menos problemático do que com outras bombas de vácuo mecânicas.
Construção
É feita a diferenciação básica entre bombas de vácuo de anel líquido de estágio único ou duplo estágio. Na versão de estágio único, o processo de compressão descrito acima é realizado em um único estágio de compressão. Na bomba de vácuo de duplo estágio (fig. 3), o meio bombeado pré-comprimido do primeiro estágio é transportado para um segundo estágio de compressão e novamente comprimido. É possível alcançar pressão finais de 130 hPa (mbar) com as versões de estágio único da bomba de vácuo de anel líquido, enquanto as versões de duplo estágio podem atingir até 33 hPa (mbar).
Até os tamanhos divergem significativamente. A Busch Vacuum Solutions disponibiliza em seu portfólio várias séries e versões diferentes das bombas de vácuo de anel líquido DOLPHIN, com velocidades de bombeamento que vão dos 25 aos 26.500 metros cúbicos por hora.
Variantes
O fornecimento e a remoção do fluido de operação podem ser realizados de três formas:

1. Operação sem recirculação
Esta é a variante mais simples para operar uma bomba de vácuo de anel líquido e é utilizada sempre que esteja disponível fluido de operação suficiente. O estágio de compressão é constantemente abastecido com fluido de operação. Então, o fluido é descarregado juntamente com o gás e o condensado.

2. Circuito de fluido aberto
Num circuito aberto (fig. 4), o fluido de operação é desviado para um separador de líquidos juntamente com o gás depois de sair da bomba de vácuo. É neste local que o líquido e o gás são separados. O gás é descarregado ou transferido enquanto o fluido de operação fresco é fornecido no separador de líquidos. Isso garante que haverá líquido suficiente no circuito e que a temperatura não sobe. Este tipo de circuito aberto pode economizar até 50 por cento do fluido em comparação com a operação sem recirculação.
3. Circuito de fluido fechado
Existe também um separador de líquidos a jusante da bomba em um circuito fechado (fig. 5). O gás é descarregado do separador, enquanto o fluido de operação é desviado com o auxílio de um trocador de calor, para depois entrar novamente na bomba de vácuo. Assim, o fluido de operação é constantemente resfriado. Esta configuração permite economizar até 95% do fluido de operação. Isto significa que apenas é necessário adicionar pequenas quantidades de fluido fresco através do separador de líquidos. Desta forma, recomendamos o circuito fechado sempre que não esteja disponível fluido de operação suficiente ou quando for necessário conservar a maior quantidade possível de fluido de operação.
Sistemas de vácuo sob medida
As bombas de vácuo de anel líquido são especialmente adequadas para a utilização como módulos em sistemas e instalações de vácuo. Em combinação com jatos de vapor, é possível obter pressões finais mais baixas. Além disso, é possível encontrar soluções ideais do ponto de vista técnico e econômico para os sistemas de vácuo, já que são diretamente adaptados para a aplicação individual. A Busch Vacuum Solutions tem décadas de experiência na concepção, configuração e construção destes tipos de sistemas, que são utilizados em todo o mundo em uma operação econômica e segura na tecnologia de processamento químico, na produção e no processamento de petróleo, na geração de energia e em muitas outras áreas. Os tamanhos individuais da bomba de vácuo de anel líquido DOLPHIN da Busch estão disponíveis em diferentes versões com certificação ATEX.