Informação útil sobre bombas de deslocamento positivo

O que é uma bomba de deslocamento positivo?

Uma bomba de deslocamento positivo (PD) move um fluido enclausurando repetidamente um volume fixo e movendo-o mecanicamente através do sistema. A ação de bombeamento é cíclica e pode ser acionada por pistões, parafusos, engrenagens, roletes, diafragmas ou palhetas.

Como funciona uma bomba de deslocamento positivo?

Embora haja uma grande variedade de projetos de bombas, a maioria pode ser colocada em duas categorias: recíproca e rotativa.

Bombas recíprocas de deslocamento positivo

Uma bomba recíproca de deslocamento positivo funciona através do movimento repetido de marcha atrás e atrás (golpes) de um pistão, êmbolo ou diafragma (Figura 1). Estes ciclos são chamados de reciprocidade.

Em uma bomba de pistão, o primeiro curso do pistão cria um vácuo, abre uma válvula de entrada, fecha a válvula de saída e aspira o fluido para a câmara do pistão (a fase de sucção). Quando o movimento do pistão inverte, a válvula de entrada, agora sob pressão, é fechada e a válvula de saída abre permitindo que o fluido contido na câmara do pistão seja descarregado (fase de compressão). A bomba de bicicleta é um exemplo simples. As bombas de pistão também podem ser de dupla ação com válvulas de entrada e saída em ambos os lados do pistão. Enquanto o pistão está em sucção de um lado, ele está em compressão do outro. As versões mais complexas e radiais são frequentemente utilizadas em aplicações industriais.

Bombas de êmbolo operam de forma semelhante. O volume de fluido movido por uma bomba de pistão depende do volume do cilindro; numa bomba de êmbolo, depende do tamanho do êmbolo. A vedação ao redor do pistão ou êmbolo é importante para manter a ação de bombeamento e para evitar vazamentos. Em geral, uma vedação da bomba de êmbolo é mais fácil de manter, pois está estacionária no topo do cilindro da bomba enquanto a vedação ao redor de um pistão está se movendo repetidamente para cima e para baixo dentro da câmara da bomba.

Uma bomba de diafragma usa uma membrana flexível ao invés de um pistão ou êmbolo para mover o fluido. Ao expandir o diafragma, o volume da câmara de bombeamento é aumentado e o fluido é aspirado para dentro da bomba. A compressão do diafragma diminui o volume e expulsa algum fluido. As bombas de diafragma têm a vantagem de serem hermeticamente seladas tornando-as ideais para bombear fluidos perigosos.

A acção cíclica das bombas alternativas cria impulsos na descarga com o fluido a acelerar durante a fase de compressão e a abrandar durante a fase de sucção. Isto pode causar vibrações prejudiciais na instalação e muitas vezes alguma forma de amortecimento ou suavização é empregada. A pulsação também pode ser minimizada usando dois (ou mais) pistões, êmbolos ou diafragmas com um na sua fase de compressão enquanto o outro está na sucção.

A acção repetida e previsível das bombas alternativas torna-as ideais para aplicações onde a medição ou dosagem precisa é necessária. Alterando o curso ou comprimento é possível fornecer quantidades medidas do fluido bombeado.

Bombas rotativas de deslocamento positivo

Bombas rotativas de deslocamento positivo utilizam a ação de engrenagens ou engrenagens rotativas para transferir fluidos, em vez do movimento para frente e para trás das bombas alternativas. O elemento rotativo desenvolve uma vedação líquida com o corpo da bomba e cria sucção na entrada da bomba. O fluido, arrastado para dentro da bomba, é fechado dentro dos dentes das engrenagens ou engrenagens rotativas e transferido para a descarga. O exemplo mais simples de uma bomba rotativa de deslocamento positivo é a bomba de engrenagens. Existem dois projetos básicos de bomba de engrenagens: externa e interna (Figura 2).

Uma bomba de engrenagens externa consiste de duas engrenagens travadas suportadas por eixos separados (um ou ambos os eixos podem ser acionados). A rotação das engrenagens prende o fluido entre os dentes, movendo-o da entrada, para a descarga, ao redor da carcaça. Nenhum fluido é transferido de volta através do centro, entre as engrenagens, porque elas estão interligadas. As tolerâncias estreitas entre as engrenagens e a carcaça permitem que a bomba desenvolva sucção na entrada e evite que o fluido vaze de volta pelo lado da descarga. O vazamento ou “escorregamento” é mais provável com líquidos de baixa viscosidade.

Uma bomba interna de engrenagens funciona com o mesmo princípio, mas as duas engrenagens com travamento são de tamanhos diferentes, com uma girando dentro da outra. As cavidades entre as duas engrenagens são preenchidas com fluido na entrada e transportadas até a porta de descarga, onde são expelidas pela ação da engrenagem menor.

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Bombas de engrenagem precisam ser lubrificadas pelo fluido bombeado e são ideais para bombear óleos e outros líquidos de alta viscosidade. Por este motivo, uma bomba de engrenagens não deve funcionar a seco. As tolerâncias próximas entre as engrenagens e o corpo significam que estes tipos de bomba são suscetíveis ao desgaste quando usados com fluidos abrasivos ou alimentos contendo sólidos arrastados.

Dois outros projetos similares à bomba de engrenagens são a bomba lobo e a bomba palheta.

No caso da bomba lobo, os elementos rotativos são lobos em vez de engrenagens. A grande vantagem deste desenho é que os lóbulos não entram em contato entre si durante a ação de bombeamento, reduzindo o desgaste, a contaminação e o cisalhamento do fluido. As bombas de palhetas utilizam um conjunto de palhetas móveis (com mola, sob pressão hidráulica ou flexíveis) montadas em um rotor fora do centro. As palhetas mantêm uma vedação próxima contra a parede da carcaça e o fluido retido é transportado para a porta de descarga.

Uma outra classe de bombas rotativas utiliza um ou vários parafusos de malha para transferir o fluido ao longo do eixo do parafuso. O princípio básico destas bombas é o do parafuso Archimedes, um projeto utilizado para irrigação por milhares de anos.

Quais são as principais características e benefícios de uma bomba de deslocamento positivo?

Existem duas famílias principais de bombas: de deslocamento positivo e centrífuga. As bombas centrífugas são capazes de maiores vazões e podem trabalhar com líquidos de menor viscosidade. Em algumas plantas químicas, 90% das bombas em uso serão bombas centrífugas. Entretanto, há um número de aplicações para as quais bombas de deslocamento positivo são preferidas. Por exemplo, elas podem manusear fluidos de viscosidade mais alta e podem operar em pressões altas e fluxos relativamente baixos mais eficientemente. Elas também são mais precisas quando a medição é uma consideração importante.

Quais são as limitações de uma bomba de deslocamento positivo?

Em geral, as bombas de deslocamento positivo são mais complexas e difíceis de manter do que as bombas centrífugas. Elas também não são capazes de gerar as altas vazões características das bombas centrífugas.

Bombas de deslocamento positivo são menos capazes de manusear fluidos de baixa viscosidade do que as bombas centrífugas. Para gerar sucção e reduzir deslizamentos e vazamentos, uma bomba rotativa depende da vedação entre seus elementos rotativos e a carcaça da bomba. Isto é consideravelmente reduzido com fluidos de baixa viscosidade. Da mesma forma, é mais difícil evitar o escorregamento das válvulas em uma bomba alternativa com uma alimentação de baixa viscosidade devido às altas pressões geradas durante a ação de bombeamento.

Uma descarga pulsante também é uma característica dos projetos de bombas com deslocamento positivo e, especialmente, alternativos. A pulsação pode causar ruído e vibração em sistemas de tubulação e problemas de cavitação que podem, em última análise, levar a danos ou falhas. A pulsação pode ser reduzida pelo uso de vários cilindros da bomba e amortecedores de pulsação, mas isto requer um projeto cuidadoso do sistema. As bombas centrífugas, por outro lado, produzem um fluxo constante suave.

O movimento de vaivém de uma bomba alternativa também pode ser uma fonte de vibração e ruído. Por isso é importante construir fundações muito fortes para este tipo de bomba. Como consequência das altas pressões geradas durante o ciclo de bombeamento é também vital que a bomba ou a linha de descarga tenha alguma forma de alívio de pressão no caso de um bloqueio. As bombas centrífugas não necessitam de proteção contra sobrepressão: o fluido é simplesmente recirculado nesta eventualidade.

Alimentações contendo um alto nível de sólidos abrasivos podem causar desgaste excessivo nos componentes de todos os tipos de bombas e especialmente nas válvulas e vedações. Embora os componentes das bombas de deslocamento positivo operem a velocidades consideravelmente mais baixas do que os das bombas centrífugas, eles permanecem propensos a estes problemas. Este é particularmente o caso das bombas alternativas do tipo pistão e pistão e das bombas rotativas de engrenagens. Com este tipo de alimentação, uma bomba de lóbulo, de parafuso ou de diafragma pode ser adequada para aplicações mais exigentes.

A tabela seguinte resume as capacidades das bombas centrífugas e de deslocamento positivo.

Comparação de bombas: Centrífuga vs Deslocamento Positivo

Propriedade	Centrífuga	Deslocamento Positivo
Faixa de viscosidade efetiva	Diminuição da eficiência com o aumento da viscosidade (máx. 200 Cp)	Aumento da eficiência com aumento de viscosidade
Tolerância de pressão	Fluxo varia com mudança de pressão	Fluxo insensível a mudança de pressão
	Diminuição da eficiência com pressões mais altas e mais baixas	Aumento da eficiência com pressão crescente
Priming	Requerido	Não é necessário
Fluxo (a pressão constante)	Constante	Pulsante
Shearing (separação das emulsões, chorume, líquidos biológicos, alimentos)	Danos a motores de alta velocidade, meios sensíveis ao cisalhamento	Baixa velocidade interna. Ideal para bombear fluidos sensíveis ao cisalhamento

Quais são as principais aplicações para bombas de deslocamento positivo?

Bombas de deslocamento positivo são comumente usadas para bombear fluidos de alta viscosidade, tais como óleo, tintas, resinas ou alimentos. Elas são preferidas em qualquer aplicação onde uma dosagem precisa ou saída de alta pressão é necessária. Ao contrário das bombas centrífugas, a saída de uma bomba de deslocamento positivo não é afetada pela pressão, portanto, elas também tendem a ser preferidas em qualquer situação onde o fornecimento é irregular. A maioria é de auto escorvamento.

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Tipo de bomba PD	Aplicação	Características
Bomba de pistão	Água – lavagem a alta pressão; outros líquidos de baixa viscosidade; produção de óleo; pulverização de tinta	Acção recíproca com êmbolo(s) selado(s) com o-rings
Bomba de êmbolo		Acção recíproca com êmbolo(s) selado(s) com embalagem
Bomba de diafragma	Utilizada para dosagem ou distribuição; Pulverização/limpeza, tratamento de água; tintas, óleos; líquidos corrosivos	Sem vedação, auto-ferrantes, baixas vazões e capazes de altas pressões
Bomba de êmbolo	Bomba de alta viscosidade em indústrias petroquímicas, químicas e alimentícias: óleo, tintas, alimentos	Redutores de engrenagens fornecem ação de bombeamento rotativa
Bomba de lóbulo	Indústrias químicas e alimentícias; aplicações sanitárias, farmacêuticas e biotecnológicas	Bomba de baixo cisalhamento e desgaste. Fácil de limpar ou esterilizar
Bomba de parafuso	Produção de óleo, transferência de combustível e injeção; irrigação	Movimentos de fluído reduzindo axialmente a turbulência; capaz de altos caudais
Bomba de palhetas	Fluido de baixa viscosidade; sistemas de transmissão automóvel; carregamento e transmissão de combustível; distribuidores de bebidas	Resistente a sólidos arrastados e resistente ao desgaste das palhetas. O projeto permite saída variável

Resumo

Uma bomba de deslocamento positivo move um fluido enclausurando repetidamente um volume fixo, com o auxílio de selos ou válvulas, e movendo-o mecanicamente através do sistema. A ação de bombeamento é cíclica e pode ser acionada por pistões, parafusos, engrenagens, lóbulos, diafragmas ou palhetas. Existem dois tipos principais: recíproca e rotativa.

Bombas de deslocamento positivo são preferíveis para aplicações envolvendo fluidos altamente viscosos como óleos espessos e polpas abrasivas, especialmente a altas pressões, para rações complexas como emulsões, alimentos ou fluidos biológicos, e também quando é necessária uma dosagem precisa.

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