Comparando Bombas de Pistão e de Engrenagem para Transferência de Fluido Industrial

Em aplicações industriais, a transferência de fluidos é um processo crítico que abrange diversas operações - desde a simples circulação de água até reações químicas complexas. A seleção de bombas de transferência de fluidos, como equipamento central, impacta diretamente a eficiência da produção, os custos operacionais e a estabilidade do sistema. Diante de uma miríade de opções de bombas, os engenheiros frequentemente se deparam com uma decisão crucial: devem optar pela bomba de pistão de alta potência ou pela bomba de engrenagem compacta? Uma escolha inadequada pode levar à ineficiência, ao aumento dos custos de manutenção ou até mesmo a interrupções em linhas de produção inteiras. Portanto, uma compreensão completa das características, vantagens, desvantagens e aplicações adequadas das bombas de pistão e de engrenagem é essencial para tomar decisões informadas.

Uma bomba de transferência de fluidos é um dispositivo mecânico projetado para mover líquidos. Ao fornecer energia ao fluido, ela supera a resistência, permitindo que o líquido flua de elevações baixas para altas ou de zonas de baixa pressão para alta pressão.

Com base em seus princípios de funcionamento, as bombas de transferência de fluidos podem ser categorizadas em vários tipos, incluindo:

• Bombas de Deslocamento Positivo: Utilizam mudanças no volume da câmara para transferir fluidos, como bombas de pistão, bombas de engrenagem, bombas de parafuso e bombas de diafragma.
• Bombas Dinâmicas: Empregam rotores giratórios para aplicar força centrífuga aos fluidos, incluindo bombas centrífugas, bombas de fluxo axial e bombas de fluxo misto.
• Outros Tipos: Como bombas de jato e bombas eletromagnéticas.

Ao selecionar uma bomba de transferência de fluidos, os seguintes parâmetros devem ser considerados:

• Vazão (Q): O volume de fluido transferido por unidade de tempo, normalmente medido em metros cúbicos por hora (m³/h) ou litros por minuto (L/min).
• Altura Manométrica (H): A capacidade da bomba de superar a resistência do fluido, geralmente expressa em metros (m) ou pascais (Pa).
• Potência (P): A potência de entrada necessária pela bomba, medida em quilowatts (kW).
• Eficiência (η): A razão entre a potência de saída e a potência de entrada, refletindo a utilização de energia da bomba.
• Pressão de Trabalho (p): A pressão que a bomba suporta durante a operação, normalmente em megapascais (MPa).
• Características do Meio: Viscosidade, densidade, temperatura, corrosividade e abrasividade do fluido.

As bombas de pistão, também conhecidas como bombas de êmbolo ou alternativas, são bombas de deslocamento positivo que usam o movimento alternativo de pistões dentro de cilindros para transferir fluidos. Renomadas por seu desempenho excepcional em alta pressão, elas dominam aplicações como limpeza de alta pressão, injeção química e extração de petróleo e gás.

O mecanismo central de uma bomba de pistão reside no movimento alternativo do pistão. À medida que o pistão se move para frente, um vácuo se forma no cilindro, puxando o fluido através da válvula de entrada. Quando o pistão retrai, a válvula de entrada fecha, a válvula de saída abre e o fluido é descarregado à força. Esse movimento alternativo garante a transferência contínua de fluido.

O processo pode ser dividido em quatro estágios:

• Curso de Admissão: O pistão se move para trás, aumentando o volume do cilindro e reduzindo a pressão, permitindo que o fluido entre pela válvula de entrada.
• Curso de Compressão: O pistão se move para frente, diminuindo o volume do cilindro e aumentando a pressão, fechando ambas as válvulas.
• Curso de Descarga: O pistão continua para frente, aumentando ainda mais a pressão até que ela exceda a pressão de saída, abrindo a válvula de saída para expelir o fluido.
• Curso de Reposição: O pistão se move para trás, reduzindo a pressão e fechando a válvula de saída, preparando-se para o próximo curso de admissão.

Com base na contagem e disposição dos pistões, as bombas de pistão podem ser classificadas em:

• Bombas de Pistão de Cilindro Único: Design simples, mas com pulsação de fluxo significativa.
• Bombas de Pistão de Cilindro Duplo: Pulsação de fluxo reduzida, amplamente utilizada.
• Bombas de Pistão Triplex: Pulsação de fluxo mínima, ideal para aplicações que exigem fluxo estável.
• Bombas de Pistão de Vários Cilindros: Usadas em aplicações industriais em larga escala.
• Bombas de Pistão Radiais: Design compacto para cenários de alta pressão.
• Bombas de Pistão Axiais: Estrutura simples para aplicações de pressão média a alta.

• Capacidade de Alta Pressão: Excelentes em ambientes de alta pressão.
• Controle de Fluxo Preciso: Oferecem taxas de fluxo estáveis e precisas.
• Ampla Aplicabilidade: Manipulam fluidos de viscosidade, abrasividade e corrosividade variáveis.
• Forte Auto-Adescamento: Alguns modelos podem puxar fluidos de posições baixas.

• Alta Manutenção: A estrutura complexa requer manutenção regular.
• Ruído: Podem ser barulhentas, especialmente sob alta pressão.
• Custo: Custos de fabricação mais altos, particularmente para modelos de alta pressão e alto fluxo.
• Limitações de Fluxo: Geralmente, taxas de fluxo mais baixas em comparação com as bombas de engrenagem.
• Pulsação: O fluxo de saída apresenta pulsação, exigindo medidas de mitigação.

As bombas de pistão são amplamente utilizadas em:

• Limpeza de Alta Pressão: Limpeza de veículos, edifícios e equipamentos.
• Injeção Química: Tratamento de água, produção química.
• Extração de Petróleo e Gás: Operações de recuperação aprimorada.
• Sistemas Hidráulicos: Alimentando máquinas hidráulicas.
• Processamento de Alimentos: Transferindo pastas de alimentos, sucos.
• Produtos Farmacêuticos: Manipulando líquidos medicinais.

As bombas de engrenagem, que usam engrenagens de encaixe para transferir fluidos, são valorizadas por sua simplicidade, altas taxas de fluxo e baixa manutenção. Elas são comumente empregadas na transferência de combustível, sistemas de lubrificação e aplicações hidráulicas.

A operação depende de duas engrenagens interligadas. À medida que giram, o espaço entre os dentes das engrenagens se expande e contrai, puxando e expelindo o fluido. O fluido é transportado da câmara de entrada para a câmara de saída.

• Bombas de Engrenagem Externas: Engrenagens se encaixam externamente; simples e amplamente utilizadas.
• Bombas de Engrenagem Internas: Uma engrenagem se encaixa dentro da outra; mais silenciosas com melhor auto-adescamento.
• Bombas de Engrenagem de Dentes Retos: Dentes retos; simples, mas barulhentas.
• Bombas de Engrenagem Helicoidais: Dentes angulados; operação mais suave.
• Bombas de Engrenagem em Espinha de Peixe: Manipulam cargas axiais de forma eficaz.

• Altas Taxas de Fluxo: Adequadas para transferências de alto volume.
• Compactas e Leves: Designs com eficiência de espaço.
• Auto-Adescamento: Podem puxar fluidos de níveis baixos.
• Confiabilidade: A construção simples garante durabilidade.
• Baixa Manutenção: Requisitos mínimos de manutenção.

• Pressão Limitada: Inadequadas para tarefas de alta pressão.
• Sensibilidade à Viscosidade: O desempenho varia com a espessura do fluido.
• Abrasão e Corrosão: Vulneráveis a fluidos abrasivos ou corrosivos.
• Ruído: Alguns modelos operam com ruído.

As bombas de engrenagem são prevalentes em:

• Transferência de Combustível: Postos de gasolina, petroleiros.
• Sistemas de Lubrificação: Motores, transmissões.
• Hidráulica: Sistemas de energia de máquinas.
• Produção Química: Movimentando matérias-primas.
• Processamento de Alimentos: Manipulando óleos, xaropes.
• Plásticos: Transferindo polímeros fundidos.

Bombas de pistão (por exemplo, modelos triplex) geram 10–20 MPa para uma lavagem eficaz de veículos.

Bombas de engrenagem externas garantem um fluxo constante de combustível em postos de gasolina.