Informações básicas sobre bombas centrífugas

Se for necessário organizar o abastecimento de água ou bombear vários meios líquidos e colóides, a solução mais comum é utilizar uma bomba centrífuga. Este aparelho é conhecido pela sua simplicidade, fiabilidade e mecânica clara. Atualmente, existem muitos modelos diferentes no mercado, o que lhe permite encontrar um que responda perfeitamente às suas necessidades específicas.

Âmbito de aplicação

As bombas centrífugas têm uma vasta gama de utilizações devido à sua capacidade de lidar com diferentes tipos de fluidos. São utilizadas no sector do petróleo e do gás, instaladas em redes residenciais de distribuição de água e utilizadas em estações de serviço. A ausência de bombas centrífugas eficientes e compactas dificultaria o combate aos incêndios, bem como a extração de água de corpos abertos. Os corpos de bombeiros das cidades dependem deste tipo de equipamento para o desempenho das suas funções. As aplicações dos dispositivos de sopro centrífugo são demasiado numerosas para serem enumeradas.

Desenho de uma bomba centrífuga

1. A principal função da unidade de acionamento é gerar binário. Pode ser alimentada por várias fontes, como um motor elétrico (que funciona com energia monofásica, trifásica AC ou DC) ou um motor de combustão interna (gasolina ou diesel).
2. Um veio de potência é responsável pela transmissão do binário à máquina.
3. O principal componente de trabalho é o rotor da turbina, que possui pás inclinadas.
4. Um invólucro de proteção serve como elemento estrutural que fixa todas as peças em conjunto.

Para além destes componentes, a bomba centrífuga incorpora também rolamentos para uma rotação suave, reduzindo as perdas por fricção e aumentando a fiabilidade. A bomba centrífuga é uma bomba de água, com vários dispositivos de vedação adaptados ao tipo de líquido a que se destina.

Além disso, podem ser incorporados sistemas de conversão de caudal secundário nas bombas centrífugas para estabilizar a pressão de saída ou garantir que o líquido é elevado até à cota desejada.

Princípio de funcionamento

As bombas centrífugas funcionam criando uma queda de pressão na ligação de entrada, fazendo com que a água seja atraída para a bomba e, em seguida, ejectando o líquido a uma pressão mais elevada a partir da ligação de saída. A força motriz por detrás deste processo é a força centrífuga, um fenómeno físico. Para compreender o funcionamento deste mecanismo, é necessário examinar o funcionamento passo a passo da bomba e os processos que a acompanham.

1. Ao arrancar, o componente de trabalho da bomba, uma roda de turbina com lâminas angulares, começa a rodar.
2. O tubo de entrada fornece água à região em torno do eixo da turbina.
3. O líquido é capturado pelas lâminas e começa a mover-se numa trajetória circular com elas.
4. A água é rapidamente redireccionada para o bordo da zona de trabalho circular devido ao ângulo das pás. Este fenómeno resulta tanto da força centrífuga produzida pela rotação como da força mecânica provocada pelo ângulo das pás.
5. À medida que o líquido se afasta do ponto de extração, ocorre uma diminuição da pressão, o que, por sua vez, leva à entrada natural de água na entrada.
6. Ao atingir a extremidade da zona circular da roda da turbina, a água move-se a uma velocidade elevada, acumula uma pressão significativa e é naturalmente descarregada através da saída.

A física por detrás deste fenómeno explica como a bomba centrífuga pode não só extrair água da superfície, mas também elevá-la de poços subterrâneos. Ao ajustar o tamanho, a velocidade e a potência da bomba, é possível gerar fortes forças de sucção que permitem elevar o líquido sem esforço a partir de profundidades consideráveis.

Elementos de design adicionais

Se houver apenas um número limitado de nós significativos no esquema funcional acima, a configuração real da bomba centrífuga consiste em componentes estruturais adicionais:

• Um tubo de transferência, que transporta o fluido para o ponto de extração;
• Filtros grosseiros para evitar a presença de sólidos mecânicos em suspensão na câmara da turbina;
• Sistemas de válvulas para bloquear o refluxo anormal do fluido;
• Um medidor de pressão para monitorizar a pressão no interior da câmara de trabalho;
• Um manómetro para monitorizar o caudal de saída para o sistema de abastecimento de água.

Todas as bombas centrífugas, quer sejam utilizadas num ambiente doméstico ou industrial, estão equipadas com uma válvula de fecho. Esta válvula pode ser accionada manualmente ou automatizada. O objetivo desta válvula é crucial em qualquer sistema de abastecimento de líquidos, uma vez que não só protege a bomba de situações inesperadas e de emergência, como também permite controlar o fluxo do líquido a bombear. Para realçar a importância das válvulas de corte, podemos ver o exemplo das bombas doseadoras. O funcionamento deste tipo de bombas centrífugas é efectuado de acordo com as seguintes etapas

• O dispositivo de controlo envia um sinal para ligar a bomba.
• Um sensor colocado no tubo de saída monitoriza o volume do líquido que está a ser bombeado.
• Quando é atingido um determinado limiar, o sensor envia um sinal para uma porta de saída controlada eletronicamente, que interrompe o fluxo.
• Um sensor é utilizado para monitorizar o aumento da pressão de saída e, quando esta atinge um determinado limiar, o motor é automaticamente parado.

A válvula ProFactor foi concebida para aplicações de fecho e de controlo.

Classificação das bombas centrífugas

Antes de nos debruçarmos sobre as classificações aceites que segmentam os dispositivos no mercado dos utilizadores finais, é importante estabelecer a terminologia. Os sistemas centrífugos, que pertencem à subclasse das bombas, são máquinas dinâmicas. Aplicam tanto a força mecânica primária como processos físicos secundários à substância transportada. Estes sistemas centrífugos diferem dos sistemas de membrana, de vibração e de outros tipos de instalações.

As bombas disponíveis no mercado atual são categorizadas e subcategorizadas de modo a realçar e indicar o nível de adequação funcional do dispositivo, bem como a sua compatibilidade com condições de funcionamento específicas.

De acordo com a conceção dos nós

Com base neste critério, as bombas podem ser classificadas em:

• bombas monofásicas e multiestágio com base no número de impulsores;
• bombas com base no número de fluxos de saída;
• bombas com ligações de entrada de um ou dois lados, em que a conceção permite uma ligação conveniente e uma maior entrada de água sem necessidade de aumentar o diâmetro dos tubos de alimentação;
• bombas com diferentes tipos de fluxos de saída, incluindo espiral, direcional, saída de fluxo circular formada por rodas de pás;
• bombas com turbinas de rotor aberto ou fechado.

uma bomba centrífuga com um impulsor exposto

Por método de disposição

A classificação das bombas centrífugas baseia-se na sua conceção. As bombas de superfície são concebidas para elevar a água de um poço profundo ou de uma fonte aberta. Estas bombas são normalmente alojadas num corpo sem qualquer vedação. Por outro lado, as bombas submersíveis não têm um forte poder de sucção, mas são concebidas para criar uma pressão de saída elevada para bombear líquidos para altitudes mais elevadas. Estas bombas são alojadas num corpo estanque.

A bomba centrífuga de superfície JPP1300F da Elpumps

Por tipo de meio bombeado

Existe uma categorização baseada no fluido que está a ser bombeado. As bombas centrífugas de água com precauções de segurança mínimas são familiares ao utilizador médio, existindo também unidades concebidas para o transporte de líquidos inflamáveis, óleos, colóides e meios com impurezas mecânicas. De acordo com esta classificação, todos os tipos de bombas têm variações na conceção da turbina, sistemas de vedação, isolamento do ambiente circundante, proteção contra faíscas e várias outras características.

Outras variedades

A adequação das bombas horizontais e verticais a soluções com requisitos de eficiência exigentes varia. Esta variação é determinada por factores como o método de entrada de líquido e outras características operacionais da fábrica. Especificamente, embora as unidades centrífugas verticais possam ter um rendimento inferior ao das máquinas hidráulicas, podem ser mais compatíveis com diferentes tipos de estruturas.

Bomba centrífuga para instalação vertical

Outras categorias de bombas disponíveis no mercado destacam várias soluções de engenharia que foram aplicadas.

A bomba cantilever é construída sobre uma base metálica robusta, evitando qualquer movimento entre os diferentes componentes e minimizando ou eliminando quaisquer cargas axiais sobre o motor e a turbina.

A bomba 2K-6, também conhecida como bomba centrífuga cantilever 2 K-6, foi concebida especificamente para bombear água.

Bomba centrífuga monobloco SPERONI CXM 60/0.37

Além disso, existem divisões adicionais de categorização, que são particularmente intrigantes para os especialistas que pretendem selecionar o dispositivo ideal para resolver o problema dentro de um conjunto rigoroso e preciso de circunstâncias, especificações e restrições.

Recomendações para a instalação de bombas centrífugas

A instalação correcta de uma bomba centrífuga é essencial para o seu desempenho fiável, longa vida útil e cumprimento dos intervalos de manutenção especificados pelo fabricante. O cumprimento das precauções e regulamentos necessários não só garante estes benefícios, como também ajuda a eliminar problemas como o ruído excessivo, vibrações e degradação das ligações, bem como a prevenir modos de funcionamento anormais e de emergência.

Ao instalar bombas centrífugas, as seguintes directrizes devem ser seguidas para garantir o ajuste e o funcionamento adequados.

• O motor e a unidade de turbina devem ser orientados horizontalmente, salvo indicação em contrário do fabricante e não ditada pelas peculiaridades do projeto da bomba.
• Para as instalações com ligação direta à rutura da tubagem, até 1 kW, é permitido montá-las numa parede, no chão ou noutra estrutura de suporte.
• As bombas com uma potência até 10 kW devem ser montadas numa estrutura metálica de suporte fixada à superfície do solo, ao chão ou à estrutura de suporte. Podem ser instaladas juntas de borracha amortecedoras entre os pontos de apoio e as áreas correspondentes da estrutura da unidade centrífuga.
• Os aparelhos com uma potência superior a 10 kW devem ser montados numa estrutura fixada a uma base de betão. As dimensões da fundação devem ser 100 mm superiores às dimensões do corpo da bomba ou da consola em todas as direcções.
• A bomba deve ser instalada a uma distância mínima de meio metro de qualquer parede ou vedação próxima.
• Não é permitido isolar termicamente a unidade de acionamento ou a unidade do motor, exceto se especificado nas instruções do fabricante para as condições de funcionamento específicas.

Importante! Antes de ligar a bomba ao sistema de tubagem, é importante efetuar uma verificação manual do dispositivo, desligando-o da fonte de alimentação. Isto inclui rodar o eixo e a turbina sem a cobertura de proteção, bem como lavar todas as mangueiras e tubos de entrada e saída.

Existem determinadas directrizes que devem ser seguidas aquando da instalação e ligação da rede de tubos.

1. É importante garantir que as ligações de entrada e de saída se encaixam livremente nos respectivos pontos de ligação. Isto é feito para evitar que quaisquer forças externas sejam exercidas sobre a estrutura da bomba quando a instalação estiver concluída.
2. Ao introduzir as extremidades dos tubos, as flanges devem estar paralelas entre si. Não é permitido aplicar uma força excessiva para os posicionar. Adicionalmente, devem ser instaladas juntas entre as superfícies de contacto dos elementos de ligação. O tipo de junta utilizada depende do meio de trabalho.
3. O ventilador centrífugo deve ser instalado de forma a que o líquido seja bombeado na direção desejada, tal como indicado pela seta no corpo do dispositivo.
4. Na saída da bomba, deve ser instalado um manómetro.
5. É necessário um filtro mecânico na entrada do sistema, a não ser que a sua instalação seja incompatível com a utilização da bomba.
6. As ligações de entrada e de saída têm válvulas de fecho instaladas.
7. Para garantir a drenagem do sistema, é instalada uma válvula de fecho com uma saída de drenagem no ponto mais baixo da rede de tubagens após a ligação de saída.

As estruturas complexas e os sistemas de tubagem com várias bombas instaladas têm o seu próprio conjunto de regras. Um dos métodos mais simples consiste em instalar duas bombas em paralelo no mesmo ponto para criar um forte fluxo de líquido. Neste caso, cada bomba tem uma válvula de retenção no tubo de saída.

Esquema de instalação de uma bomba centrífuga

Para aqueles que estão a comprar uma bomba centrífuga para uso doméstico, aqui estão algumas dicas. É crucial seguir meticulosamente as instruções do fabricante durante o processo de instalação. Se for recomendada a instalação da bomba numa superfície plana e horizontal, não se trata apenas de alinhar os eixos; a montagem numa parede pode perturbar o funcionamento dos mecanismos de segurança, provocar um maior desgaste dos componentes e diminuir o desempenho da unidade.

Dica: É essencial não desrespeitar os limites de temperatura de funcionamento recomendados. Uma bomba centrífuga só deve ser utilizada quando o termómetro estiver acima de zero. Durante o inverno, a unidade deve ser colocada no interior. A negligência desta diretriz resultará inevitavelmente na falha do equipamento.

Principais características das bombas centrífugas

Para fazer a escolha certa de uma bomba para o abastecimento de água a uma casa particular a partir de um poço ou de qualquer outro problema, é necessário ter em conta não apenas os números indicados na documentação do dispositivo. No entanto, para um conhecimento geral dos parâmetros que são úteis para definir corretamente a tarefa, faz sentido mencionar as características dos dispositivos de bombagem de líquidos.

1. Capacidade ou fornecimento . Esta figura representa a quantidade de líquido que a bomba ejecta do tubo de saída quando o motor atinge a sua potência nominal.
2. A altura manométrica é a diferença de pressão entre as ligações de entrada e de saída.
3. O gráfico ilustra a relação entre a capacidade de uma bomba centrífuga e a altura manométrica, permitindo uma análise prática da adequação do abastecimento de água em diferentes pisos.
4. A profundidade de aspiração indica o nível mínimo a partir do qual a bomba pode efetivamente extrair água.
5. A pressão nominal representa a pressão máxima a que uma bomba pode funcionar continuamente num sistema de abastecimento de água.

Para uma análise e projeto eficientes de uma rede de abastecimento de água, especialmente em edifícios residenciais, são considerados vários parâmetros. No entanto, na prática, são frequentemente utilizados métodos simplificados. Segue-se uma orientação geral para a seleção de uma bomba adequada.

1. São efectuados cálculos estatísticos médios para determinar o consumo. Para tal, é necessário analisar os dispositivos de extração de água existentes e fazer uma síntese dos seus indicadores. No caso de casas de dois ou mais andares, determina-se o valor do consumo total e atribui-se o volume de água necessário para o conforto de cada andar.
2. A natureza da área de captação de água é avaliada, tendo em conta a profundidade de um poço e analisando a localização da bomba (altura a partir da superfície do solo).
3. Os parâmetros de altura da rede de abastecimento de água são registados. Isto é feito para casas de dois ou mais andares.

Os parâmetros fornecidos permitem uma seleção razoavelmente precisa de uma bomba adequada. As características do local de entrada determinam a altura de aspiração necessária para o dispositivo. Com base no nível do edifício (a altura da elevação do líquido), podem ser efectuados cálculos e a seleção do modelo de cabeça adequado.

A análise centra-se na caraterística pressão-fluxo, que é crucial para determinar se a bomba pode fornecer água adequadamente aos pisos superiores. O procedimento envolve:

• Cálculo da queda de pressão (elevação) para cada piso;
• A localização do ponto no gráfico que corresponde à altura reduzida;
• Determinação do volume de fornecimento com base no gráfico.

Se o volume resultante exceder a quantidade necessária para um determinado piso, a bomba é suficiente. Caso contrário, é necessário um dispositivo mais eficiente ou potente.

No entanto, apesar de uma avaliação diligente do ponto de extração de água e da rede de distribuição, ainda podem ocorrer erros. Estes erros resultam do facto de não se ter em conta a resistência hidráulica da estrutura da conduta, a inter-relação entre a captação e a pressão e a análise das características das bombas. No entanto, estas preocupações estão normalmente fora do alcance dos utilizadores médios na fase de projeto.

Conselhos: Para estabelecer uma reserva tecnológica, é aconselhável selecionar uma bomba com um excedente de 20% em atributos críticos, particularmente a cabeça.

Avarias comuns das bombas centrífugas e como as reparar.

Uma bomba centrífuga é um equipamento relativamente simples. Algumas avarias podem exigir a assistência de profissionais que efectuarão as reparações necessárias. No entanto, algumas condições anormais de funcionamento ou avarias podem ser resolvidas pelo próprio utilizador.

1. Se a altura manométrica diminuir, verificar a tubagem de entrada. Se estiverem instalados filtros grosseiros, efetuar a manutenção preventiva. Também seria benéfico remover quaisquer depósitos nas paredes da tubagem no circuito de entrada.
2. A redução da altura manométrica pode ser resolvida nas bombas equipadas com um regulador de velocidade do motor. O manómetro de controlo mede a pressão do fluido à saída. Se não corresponder ao valor nominal, aumente a velocidade de acionamento.
3. Quando se nota um aumento do ruído, da excentricidade do veio ou da vibração no seu sistema, é um indicador claro de que os bucins precisam de ser substituídos ou os rolamentos precisam de manutenção. Para além disso, pode indicar que as ligações na caixa estão soltas. É importante desligar a unidade e deixar o motor arrefecer antes de apertar quaisquer ligações.
4. Se observar fugas ou um fluxo de líquido das torneiras sob alta pressão, isso sugere que a bomba está a exceder as necessidades do sistema. Para retificar esta situação, pode instalar uma válvula de regulação à entrada ou um acumulador hidráulico com um sensor à saída para reduzir a alimentação.
5. O corte de água ocorre normalmente quando o ar entra no sistema. Isto pode acontecer devido à falta de líquido à entrada ou à ultrapassagem do limite de altura de cavitação. Nestes casos, é crucial inspecionar minuciosamente o estado da fonte de água.
6. Quando o equipamento começa a gerar calor excessivo, é sinal de que é necessária uma manutenção preventiva. Para resolver este problema, é necessário inspecionar os rolamentos, verificar o aperto dos bucins, substituir a massa lubrificante e limpar os elementos de contacto e os terminais.

É fundamental referir que, se a instalação das bombas centrífugas for efectuada com cuidado, atenção e em conformidade com as regras gerais e as recomendações do fabricante, raramente ocorrem avarias.

No entanto, qualquer pessoa pode ter uma avaria inesperada. Por isso, é aconselhável efetuar inspecções regulares e manutenção preventiva do equipamento.