Bombeamento de Sólidos sem Obstrução

As bombas com impulsor helicoidal-centrífugo manipulam sem problemas fluidos que contenham sólidos grandes e/ou com fibras longas em processos industriais, bem como em estações de tratamento de esgoto ou de efluentes

Durante muito tempo, os engenheiros buscaram uma bomba para fluidos que contivesse sólidos em suspensão e que, a um preço acessível, combinasse alta eficiência, grandes vazões e altura manométrica, assim como uma ampla passagem livre para sólidos. A bomba HIDROSTAL com impulsor helicoidal-centrífugo apresenta todas essas características e oferece um desempenho superior comprovado em aplicações, nas quais bombas convencionais não conseguem operar satisfatoriamente.

Embora este equipamento tenha sido desenvolvido há meio século, ainda são poucos os engenheiros que conhecem suas características únicas, que possibilitam bombear fluidos com sólidos de grande tamanho, de forma suave, sem danificá-los e sem obstruir a bomba.

A Invenção

Na segunda metade da década de 1950, a indústria pesqueira, principal setor exportador do Peru na época, obtinha resultados pouco satisfatórios na etapa de descarga do peixe trazido pela frota, já que a ineficiente técnica utilizada no cais originava longas esperas. A tentativa de usar bombas centrífugas para acelerar essas descargas trouxe como resultado um elevado percentual de dano ao peixe – acima de 50%.

Motivado pela consulta feita por uma empresa pesqueira, o fundador da HIDROSTAL, Martin Staehle – com a sua principal fábrica no Peru e matriz na Suíça -, inventou o impulsor helicoidal-centrífugo. Tratava-se do coração da bomba e de um sistema de descarga que reduziu o tempo de desembarque do peixe para menos de 1/6 do tempo empregado até então, com um percentual de danos ao peixe de apenas 3%.

O Projeto

Os principais componentes hidráulicos da bomba helicoidal-centrífuga são: a carcaça (voluta), a tampa de sucção e o impulsor (Figura 1). O impulsor é uma peça única que abrange duas seções funcionais:

• Seção Helicoidal. Esta parte do impulsor gera uma ação de deslocamento positivo, comportando-se como um parafuso helicoidal, com líquidos semelhantes à água e com um transportador de “rosca de Arquimedes” com lodos e polpas com sólidos grandes e/ou delicados.Esta seção também atua como booster da próxima (seção), aumentando a pressão do líquido que entra na bomba, resultando numa excelente capacidade de sucção, com baixo NPSH requerido.
• Seção Centrífuga. Esta parte do impulsor, de ação centrífuga – juntamente com a voluta – converte o restante da energia mecânica disponibilizada em energia hidráulica, produzindo uma curva de vazão versus altura manométrica bastante íngreme e uma conversão altamente eficiente.A ação de deslocamento positivo e a ação centrífuga se combinam para obter características únicas de bombeamento de líquidos com sólidos em suspensão, líquidos viscosos e aplicações que exigem baixo NPSH requerido.O impulsor, com sua passagem livre contínua desde a sucção até a descarga, permite o bombeamento de sólidos de grande diâmetro em relação ao tamanho da bomba, de forma suave (com baixa turbulência) e baixo risco de entupimento.A abrangência das aplicações das bombas helicoidal-centrífugas, ou seja, sua adaptabilidade às diferentes condições de bombeamento requeridas, é obtida por variações de características geométricas do impulsor (entre elas, da conicidade e da relação entre as seções helicoidal e centrífuga) e da voluta.

Componentes Hidráulicos da Bomba Helicoidal-Centrífuga

Operação à Prova de Entupimento

Analisando-se o termo “à prova de entupimento”, a primeira coisa a mencionar é que toda bomba pode ser obstruída sempre que atingido seu limite de sólidos em volume e tamanho. No entanto, as bombas helicoidal-centrífugas HIDROSTAL estão mais próximas do que podemos considerar uma bomba à prova de obstrução pelas seguintes razões:

• • A bomba tem uma passagem esférica livre inigualável (de 50 mm na menor bomba, até 250 mm na de maior tamanho);
  • O impulsor literalmente produz um efeito “saca-rolhas” na sucção, de forma que sólidos com propensão a causar entupimentos são expulsos;
  • Os sólidos fibrosos e longos passam sem exposição a grandes turbulências e mudanças de direção e, assim, não tendem a enovelar-se ao redor do impulsor (Figura 2), e;
  • A parte posterior do impulsor emprega ranhuras em espiral, que impedem o acúmulo de fibras (Figura 3).

Apesar de sua natureza parcialmente centrífuga, é perfeitamente aplicável em pontos normalmente reservados para bombas positivas, sem o inconveniente dos altos custos de manutenção que estatores de borracha e rotores monofusos trazem.

Conceito Básico do Impulsor Helicoidal-Centrífugo

Ao entrar no impulsor, a direção do fluxo em bombas convencionais sofre uma mudança abrupta de direção de 90º.

Em bombas convencionais ocorre o estreitamento da passagem do líquido na
parte periférica do impulsor, o que frequentemente causa a retenção de fibras e têxteis.

As bombas com impulsor de passagem aberta HIDROSTAL permitem a livre passagem de materiais fibrosos e têxteis.

Nas bombas com impulsor helicoidal-centrífugo o fluxo descreve um suave movimento parabólico.

Vista Posterior do Impulsor com suas Ranhuras em Espiral

Bombeamento Suave

O termo resulta do transporte de sólidos contidos no líquido sem mudanças bruscas de trajetória, minimizando, assim, (a) o desgaste das superfícies internas causados por choques de sólidos duros (areia, por exemplo) com as mesmas e (b) a degradação em si de sólidos moles e sensíveis (peixes, por exemplo).

A importância deste diferencial traduz-se em benefícios:

• • no tratamento de águas residuais, onde são utilizadas culturas biológicas que devem ser bombeadas com extremo cuidado para manter a sua capacidade de propagação;
  • nos processos envolvendo emulsões que requerem cuidado para que as partículas não se quebrem em partes cada vez menores e mais difíceis (caras) de separar;
  • em processos com fluidos tixotrópicos (fluidos que vão perdendo permanentemente a sua viscosidade quando submetidos a esforços de cisalhamento), assegurando a conservação das suas propriedades;
  • no bombeamento de fibras longas, incluindo trapos, têxteis em geral e pedaços de couro com até 400 mm, que frequentemente se entrelaçam e retorcem, formando novelos ou nós indesejados;
  • na transferência de águas residuais de diferentes densidades e características, incluindo partículas abrasivas, funcionando com um mínimo de manutenção e desgaste, e;
  • também no bombeamento de sólidos delicados, em que normalmente não se utilizam bombas. No caso de tomates, pêssegos, mangas, peixes vivos e muitos outros, onde as bombas HIDROSTAL podem ser utilizadas devido à sua capacidade de executar um bombeamento suave.

Outras Vantagens

Além do já citado bombeamento suave e sem obstruções, destacam-se ainda as seguintes vantagens trazidas pelo uso das bombas helicoidal-centrífugas HIDROSTAL:

• • Baixo Consumo de Energia (Alta Eficiência). O fluxo suave e a baixa turbulência resultantes, maximizam a eficiência global, trazendo, assim, uma significativa redução do consumo de energia em relação às bombas convencionais para sólidos.
  • Baixa Exigência de NPSH. O NPSH requerido é a pressão absoluta mínima requerida para que uma bomba opere sem cavitação. As bombas HIDROSTAL têm o mais baixo nível de exigência de NPSH em comparação a outras bombas centrífugas para fluidos contendo sólidos e/ou com viscosidade maior que a da água, tornando-as ideais para aplicações na descarga de reatores/evaporadores sob vácuo (fluidos próximos à sua pressão de vapor), ou quando a viscosidade e a geometria da linha de sucção criam situações de baixo NPSH disponível.
  • Impossibilidade de Sobrecarga do Motor. A curva de potência consumida da bomba HIDROSTAL é relativamente plana ao longo de toda a faixa operacional, o que evita o superdimensionamento do motor e confere flexibilidade diante de mudanças no sistema (Figura 4).

• Alta eficiência.
• Curva hidráulica estável e íngreme.
• Baixo NPSH requerido (excelente capacidade de aspiração).
• Curva de potência descendente (impossibilidade de sobrecarga do motor).

• • Reserva de Capacidade de Bombeamento Para Minimizar Flutuações de Vazão. A maioria das bombas centrífugas convencionais tem uma curva vazão versus altura manométrica relativamente plana, ocasionando uma perda considerável da vazão diante de um pequeno aumento na altura dinâmica total. No caso das bombas HIDROSTAL, as curvas são bastante inclinadas, de forma que um aumento da altura dinâmica total de bombeamento, resulta numa diminuição proporcionalmente menor da vazão. Adapta-se a alterações na altura dinâmica total do sistema, causadas, por exemplo, pela mudança na consistência dos fluidos bombeados, sem comprometer a exigência de vazão do processo.

  a. Vazão do projeto

  Δh. Mudança na altura dinâmica total devido a um aumento da consistência do fluido bombeado

  b. Nova vazão da bomba HIDROSTAL

  c. Nova vazão da bomba centrífuga convencional

  ab. Perda de vazão da bomba HIDROSTAL

  ac. Perda de vazão da bomba centrífuga convencional

• • Reserva de Capacidade de Adaptação a Viscosidades Maiores que a da Água. Ao contrário das bombas centrífugas convencionais, suas curvas de performance são pouco afetadas pelo aumento da viscosidade. Chega a bombear fluidos com até 4.000cP.
  • Reserva de Capacidade de Geração de Pressão para eliminar obstruções passageiras (momentâneas).
  • Tamanho Compacto e Baixo Custo de Instalação. As múltiplas formas construtivas permitem instalações compactas e de baixo custo.
  • Camisa de Desgaste e Materiais de Alta Dureza. Normalmente disponíveis em ferro fundido cinzento ou nodular, ou aço inox 316. Podem vir ainda com uma camisa de desgaste e construção em material de altíssima dureza (650 HB) denominado Hidrohard (camisa e impulsor). Regulável, a camisa permite devolver à bomba as folgas e performance originais, multiplicando a vida da mesma.

Aplicações

Graças às suas particularidades, as bombas com impulsor helicoidal-centrífugo são equipamentos amplamente utilizados hoje em dia, em diversas aplicações industriais e em estações de tratamento de águas residuais e de esgotos, tanto de origem industrial como residencial.

Sua capacidade de bombear fluidos viscosos (até 4.000 cP) permite o seu uso na descarga de filtros, separadoras centrífugas e fundos decantados de esteiras de lavagem.

Alguns exemplos:

• • Plantas Industriais.
    Bombeamento de fluidos com sólidos suscetíveis de se emulsionarem, fluidos com fibras longas e com sólidos abrasivos, produtos biologicamente ativos, celulose de média consistência, massas contendo alto teor de gases (até 6%), sistemas de bombeamento para sólidos de grande dimensão (cavacos, bagacilhos, aparas de couro, pedaços de chifre, etc).
  • Agroindústria.
    Bombeamento com mínima degradação de frutas(os), tubérculos e grãos in natura ou já processados, integrais ou em pedaços, como por exemplo, mangas, tomates, batatas e milho em grão.
  • Pesca e Piscicultura.
    Bombeamento de pescados a partir de embarcações ou de suas vísceras em instalações de processamento, bombeamento de peixes e alevinos vivos, com pouco ou nenhum dano.
  • Tratamento de Esgotos e Resíduos Industriais Líquidos.
    Bombeamento de esgotos e águas residuais municipais e industriais contendo fibras, plásticos, resíduos de óleos, petróleo, areia, cinzas e outros, onde se exige a operação contínua com manutenção mínima.

Experiência no Brasil

No Brasil, as bombas HIDROSTAL, fabricadas na Suíça e no Peru, são distribuídas desde 2001 pela Tetralon, maior e mais tradicional pump house do país. Ao longo destes anos, foram obtidos excelentes resultados com o uso da bomba de impulsor helicoidal-centrífugo no bombeamento de:

• Cavacos para alimentação de digestores na indústria de celulose;
• Lodos biológicos (tratamento de efluentes);
• Lodos na saída de decantadores;
• Lodos de fuligem (indústria de álcool e açúcar);
• Conservas (azeitona, milho, ervilha, etc), e;
• Pedaços de couro para fabricação de gelatina.

Em suma, a bomba HIDROSTAL é uma excelente alternativa técnica para quem quer alcançar reduções significativas nos custos operacionais e de manutenção ao bombear lodos e fluidos que contenham sólidos, de forma geral.

Sobre a Hidrostal e a Tetralon

As bombas Hidrostal são distribuídas no Brasil, desde 2001, pela Tetralon, especialista em processos de movimentação de fluidos líquidos. Sua ampla equipe de engenheiros de aplicação provê soluções confiáveis e de rápido retorno econômico para praticamente qualquer tipo de problema de bombeamento.