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 a avançar, 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, e, por sua vez, as bombas de vácuo de rotores de garra a seco estabeleceram-se como padrão para os geradores de vácuo 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. Nas suas áreas 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 produção de vácuo permaneceu até hoje em certas aplicações, e ainda é aplicado com êxito: a bomba de vácuo de anel líquido.
Fig. 1: Duas versões das bombas de vácuo de anel líquido Dolphin que estão disponíveis com caudais 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 caudais de aspiração que vão dos 25 aos 26.800 metros cúbicos por hora (Source: Busch Dienste GmbH)

O princípio no qual assenta a bomba de vácuo 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 produção de vácuo em aplicações nas quais são evacuados gases ou vapores húmidos ou nas quais a condensação no interior da bomba de vácuo ocorre normalmente durante o processo de compressão. São portanto adequadas aos processos húmidos e, por conseguinte, são utilizadas na produção 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, no fabrico 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 são utilizados 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 roda no interior de um corpo cilíndrico (fig. 2). Este corpo é cheio com o fluido operacional na medida necessária à imersão das pás do impulsor. A rotação do impulsor e a consequente força centrífuga fazem com que o líquido presente na bomba 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 aspirado, comprimido e expelido. O anel líquido veda os espaços individuais até ao cilindro. Por este motivo, por vezes é designado por fluido de selo 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. Desta forma, torna-se possível operar a bomba de vácuo de anel líquido a temperaturas relativamente baixas e, além disso, é possível manter a subida da temperatura do agente num valor mínimo durante o processo de compressão. Por conseguinte, 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 de 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 do caudal nominal da bomba.
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 substancial das bombas de vácuo de anel líquido é que o fluido operacional e os materiais utilizados para os componentes podem ser adaptados para que se adequem ao agente bombeado. Desta forma também se torna 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 etapa simples e de dupla etapa. Na versão de etapa simples, o processo de compressão descrito acima é realizado numa única fase de compressão. Na bomba de vácuo de dupla etapa (fig. 3), o agente bombeado pré-comprimido da primeira fase é transportado para uma segunda etapa de compressão e novamente comprimido. É possível alcançar pressões finais de 130 hPa (mbar) com as versões de uma etapa de bomba de vácuo de anel líquido, enquanto as versões de dupla etapa podem atingir até 33 hPa (mbar).

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

Até os tamanhos divergem substancialmente. A Busch Vacuum Pumps and Systems disponibiliza várias séries e versões diferentes das bombas de vácuo de anel líquido Dolphin na sua gama, com caudais 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 fluido operacional suficiente. A etapa de compressão é constantemente abastecida com fluido operacional. O fluido é depois 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 aqui 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 num 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. Por conseguinte, 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 excecionalmente 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 Vacuum Pumps and Systems tem décadas de experiência na conceção, configuração e construção destes tipos de sistemas, que são utilizados em todo o mundo numa operação económica e segura na tecnologia de processamento químico, na produção e no processamento de petróleo, na produção 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 etapa simples para desgaseificação de fluido de processo  (Source: Busch Dienste GmbH)


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