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 a avançar, não só no passado mais recente, mas 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 afirmaram 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.

O princípio por detrás da bomba de vácuo de anel líquido foi desenvolvido nos idos de 1890, sob a forma de "bomba de anel de água". Devido à sua construção simples e robusta, as bombas de vácuo de anel líquido (fig. 1) são adequadas para a geração de vácuo em aplicações nas quais sejam evacuados gases ou vapores húmidos ou em que a condensação no interior da bomba de vácuo tenda a ocorrer normalmente durante o processo de compressão. São, portanto, adequadas para os processos húmidos e, desta forma, são utilizadas na geração de vácuo grosso 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 alimentar 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.

Um impulsor em posição excêntrica gira no interior de um corpo cilíndrico (fig. 2). Este corpo é enchido com o fluido operacional na medida necessária para as palhetas do impulsor ficarem submersas. A rotação do impulsor e a força centrífuga resultante fazem com que o líquido presente no corpo forme o chamado anel líquido. O gás é bombeado pelos espaços entre as palhetas individuais e o anel líquido. Graças à disposição excêntrica do impulsor, os volumes destes espaços alteram-se, resultando na aspiração e, subsequentemente, na compressão e descarga do gás. O anel líquido veda os espaços individuais até ao cilindro. Por este motivo, às vezes é designado de 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 do vapor e da viscosidade 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. Além disso, ela também funciona principalmente de forma isotérmica. Isso significa que o meio a bombear praticamente não aquece durante o processo de compressão. Portanto, as bombas de vácuo de anel líquido são ideais para bombear vapores e gases com elevado teor de humidade. As baixas temperaturas na bomba de vácuo são favoráveis à condensação dos vapores e gases húmidos do processo. Até certo ponto, isto significa que a bomba de vácuo também funciona como condensador. Uma vez que a condensação ocorre logo quando o gás entra na bomba de vácuo, o volume é reduzido drasticamente. Além do efeito de condensação, desta forma também se consegue obter um aumento do caudal nominal. O fluido operacional desvia o calor por compressão – um processo que apoia a condensação e aumenta o caudal. 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 meio bombeado. Desta forma também é possível bombear gases e vapores 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 um ou dois estágios. Na versão de um estágio, o processo de compressão descrito acima é realizado num único estágio de compressão. Na bomba de vácuo de dois estágios (fig. 3), o meio bombeado pré-comprimido do primeiro estágio é transportado para um segundo estágio de compressão, sendo aí novamente comprimido. É possível alcançar pressões finais de 130 hPa (mbar) com as versões de um estágio da bomba de vácuo de anel líquido, enquanto as versões de dois estágios podem atingir até 33 hPa (mbar).

Até os tamanhos divergem substancialmente. O portfólio da Busch Vacuum Solutions conta com diversas séries e versões das bombas de vácuo de anel líquido DOLPHIN, com caudais que vão dos 25 aos 26 500 metros cúbicos por hora.

Variantes

O fornecimento e a remoção do fluido operacional 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 está disponível fluido operacional suficiente. O estágio de compressão é constantemente alimentado com fluido operacional. Em seguida, o fluido é escoado juntamente com o gás e o condensado.

2. Circuito de fluido aberto
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 ponto que o líquido e o gás são separados. O gás é descarregado ou transferido enquanto o fluido operacional fresco é fornecido ao separador de líquidos. Fica, assim, assegurada a existência de 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
Também existe um separador de líquidos a jusante da bomba, num circuito fechado (fig. 5). O gás é descarregado do separador, enquanto o fluido operacional é desviado com recurso a um permutador de calor antes de entrar novamente na bomba de vácuo. Por conseguinte, o fluido operacional é constantemente refrigerado. Esta configuração permite poupar até 95 por cento do fluido operacional. Isto significa que é necessário adicionar apenas pequenas quantidades de fluido fresco através do separador de líquidos. Por conseguinte, recomendamos o circuito fechado sempre que não esteja disponível fluido operacional suficiente ou quando for necessário conservar a maior quantidade de fluido operacional possível.

Sistemas de vácuo à medida

As bombas de vácuo de anel líquido são excecionalmente adequadas à utilização como módulos em sistemas e instalações de vácuo. Podem obter-se pressões finais mais baixas em combinação com ejetores de vapor. É possível encontrar soluções técnica e economicamente ideais para os sistemas de vácuo, uma vez que são diretamente adaptadas à aplicação individual. A Busch Vacuum Solutions tem décadas de experiência na conceção, configuração e construção destes tipos de sistemas, que são utilizados no mundo inteiro para a operação económica 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.