Bombas de vácuo de anel líquido - Tecnologia de vácuo clássica mas também de última geração

Maulburg, Germany 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 rotores de garra a seco se firmaram como geradores de vácuo padrão em setores inteiros da indústria. As bombas de vácuo de palhetas rotativas lubrificadas com 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. No entanto, 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.
Fig. 1: Duas versões das bombas de vácuo de anel líquido Dolphin que estão disponíveis com velocidades de aspiração que vão dos 25 aos 26.800 metros cúbicos por hora (Source: Busch Dienste GmbH)
Fig. 1: Duas versões das bombas de vácuo de anel líquido Dolphin que estão disponíveis com velocidades de aspiração que vão dos 25 aos 26.800 metros cúbicos por hora (Source: Busch Dienste GmbH)

O princípio por trás da bombas de vácuo de anel líquido foi desenvolvido em 1890, como "bomba de anel de água". Devido à sua construção funcional 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 onde 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 baixo na tecnologia de processo, na indústria química, durante a produção e processamento de petróleo, na evacuação de condensadores de turbinas a vapor e também na indústria dos plásticos, na fabricação de papel, na indústria da tecnologia alimentícia e em muitas outras aplicações industriais.

Princípio de funcionamento
Como fluido operacional, 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.

Fig. 2: Desenho de corte da câmara de compressão de uma bomba de vácuo de anel líquido Dolphin (Source: Busch Dienste GmbH)

Um impulsor com montagem excêntrica gira no interior de uma carcaça cilíndrica (fig. 2). Esta carcaça é enchida com o fluido operacional na medida necessária à imersão das pás do impulsor. A rotação do impulsor e a força centrífuga resultante fazem com que o líquido presente na carcaça forme o chamado anel líquido. O agente bombeado é transportado nos espaços entre as pás e o anel líquido. A rotação excêntrica do impulsor altera o volume desses espaços, fazendo com que o gás seja atraído, comprimido e expelido. O anel líquido veda os espaços individuais até ao cilindro. Por este motivo, às vezes é designado por fluido vedante em vez de fluido operacional.

Mecanismo
Devido ao fluido operacional utilizado, este mecanismo apenas pode ser utilizado no intervalo de vácuo grosso. Isto acontece porque o nível de vácuo alcançável depende da pressão de vapor do fluido operacional, 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 e, além disso, é possível manter o aumento da temperatura do agente em um valor mínimo durante o processo de compressão. Portanto, as bombas de vácuo de anel líquido são ideais para bombear vapores e gases com elevado teor de umidade. As baixas temperaturas na bomba de vácuo são favoráveis à condensação dos vapores do processo. Até certo ponto, isto significa que a bomba de vácuo também funciona como condensador e, uma vez que a condensação ocorre quando a mistura entra na bomba de vácuo, o volume é reduzido drasticamente. Além do efeito de condensação, desta forma também se consegue obter um aumento na velocidade de bombeamento nominal.
O fluido operacional absorve o calor de compressão e, uma vez que as bombas de vácuo de anel líquido são praticamente isotérmicas, oferecem vantagens ao bombear produtos sensíveis à temperatura, como os polímeros.
Uma vantagem significativa das bombas de vácuo de anel líquido é que o fluido operacional e os materiais utilizados para os componentes podem ser adaptados para se adequarem ao agente bombeado. Desta forma também é possível bombear gases e vapores corrosivos ou explosivos. Devido às baixas temperaturas de funcionamento, 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 uma ou duas fases. Na versão de uma etapa, o processo de compressão descrito acima é realizado numa única fase. Na bomba de vácuo de duas fases (fig. 3), o agente bombeado pré-comprimido da primeira fase é transportado para uma segunda fase de compressão e novamente comprimido. É possível alcançar pressão final de 130 hPa (mbar) com as versões de fase única da bomba de vácuo de anel líquido, enquanto as versões de duas fases podem atingir até 33 hPa (mbar).

Fig. 3: Fluxo de gás através de uma bomba de vácuo de anel líquido de duas fases (Source: Busch Dienste GmbH)

Até os tamanhos divergem substancialmente. A Busch Bombas e Sistemas de Vácuo disponibiliza várias séries e versões diferentes das bombas de vácuo de anel líquido Dolphin na sua gama, com velocidades de aspiração que vão dos 25 aos 26.800 metros cúbicos por hora.

Variantes
O fornecimento e a remoção do fluido operacional podem ser realizados de três formas:

1. Operação sem recirculação – operação de fluxo contínuo
Esta é a variante mais simples para operar uma bomba de vácuo de anel líquido e é utilizada sempre que está disponível um suficiente fluido operacional. A fase de compressão é constantemente fornecida com fluido operacional. O fluido será descarregado juntamente com o gás e o condensado. 

2. Circuito de fluido aberto – operação de recirculação parcial
Num circuito aberto (fig. 4), o fluido operacional 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 líquido operacional regressa à bomba de vácuo. É fornecido fluido operacional fresco adicional através do separador de líquidos no circuito. Isto assegura 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.

Fig. 4: Bomba de vácuo de anel líquido Dolphin com sistema de recirculação parcial (Source: Busch Dienste GmbH)

3. Circuito de fluido fechado – operação de recirculação total
Existe também um separador de líquidos a jusante da bomba de vácuo em um circuito fechado (fig. 5). O gás é descarregado do separador, enquanto o fluido operacional é desviado com recurso a um permutador de calor para depois entrar novamente na bomba de vácuo. Desta forma, o fluido operacional é mantido a uma temperatura constante. 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 operacional suficiente ou quando for necessário conservar a maior quantidade de fluido possível.



Fig. 5: Bomba de vácuo de anel líquido Dolphin com sistema de recirculação total (Source: Busch Dienste GmbH)


Sistemas de vácuo à medida
As bombas de vácuo de anel líquido são excepcionalmente adequadas à utilização como módulos em sistemas e instalações de vácuo. Podem ser obtidas pressões finais mais baixas em combinação com injetores de gás, ar ou vapor (jatos) ou boosters de vácuo. É possível encontrar soluções técnica e economicamente ideais para os sistemas de vácuo, já que são diretamente adaptadas à aplicação individual. A Busch Bombas e Sistemas de Vácuo 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 do anel líquido Dolphin da Busch estão disponíveis em diferentes versões com certificação ATEX.



Fig. 6: Sistema de vácuo com cinco bombas de vácuo de anel líquido Dolphin de fase única para desgaseificação de fluido de processo (Source: Busch Dienste GmbH)


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