Tipos de bombas dosadoras
Bombas Alternativas
As bombas dosadoras alternativas operam por meio de um movimento linear de vaivém de um pistão, êmbolo ou diafragma para deslocar volumes precisos de fluido, tornando-as ideais para dosagem de alta precisão em cenários de pressão moderada a alta. Essas bombas pertencem à categoria de deslocamento positivo, onde a ação alternativa cria cursos de sucção e descarga por meio de válvulas de retenção, garantindo fluxo consistente independentemente das variações de pressão do sistema.[11][3]
Os subtipos principais incluem bombas de pistão ou êmbolo e bombas de diafragma. As variantes de pistão e êmbolo apresentam um componente sólido que entra em contato direto com o fluido do processo dentro de um cilindro, permitindo operação em altas pressões de até 1.000 bar, o que atende a ambientes industriais exigentes.[11][3] Em contraste, as bombas de diafragma empregam uma membrana flexível para isolar o fluido do mecanismo de acionamento, evitando vazamentos e contaminação; este projeto é particularmente eficaz para lidar com meios corrosivos ou perigosos e adequado para pressões de até 3.500 psi (241 bar).[3]
A operação depende de um virabrequim ou mecanismo de came para converter o movimento rotativo do motor em ação recíproca linear, com entrada de fluido durante o curso de sucção e expulsão durante o curso de descarga. A variabilidade do fluxo é alcançada através do ajuste do comprimento do curso ou controle de velocidade, muitas vezes através de uma relação de redução que varia de 10:1 a 100:1, permitindo que a bomba mantenha a precisão em uma ampla faixa operacional sem alterar a velocidade de acionamento.[1][3][12]
As bombas alternativas oferecem alta precisão de ±0,5% no fornecimento de vazão e são excelentes no manuseio de fluidos viscosos devido à sua natureza de deslocamento positivo, o que minimiza o cisalhamento e garante desempenho confiável mesmo com lamas ou meios de alta viscosidade. A capacidade teórica pode ser calculada usando a fórmula:
onde ddd é o diâmetro do pistão, LLL é o comprimento do curso e NNN são os cursos por minuto, normalmente produzindo resultados em unidades volumétricas apropriadas, como galões por minuto, quando as dimensões estão em polegadas.
Historicamente, as bombas de pistão tornaram-se dominantes em aplicações de dosagem de petróleo e gás a partir da década de 1940, impulsionadas pela necessidade de injeção química precisa em processos petrolíferos.[1]
Bombas Peristálticas
As bombas dosadoras peristálticas operam com base no princípio do deslocamento positivo, utilizando um mecanismo rotativo com rolos ou sapatas que comprimem sucessivamente um tubo flexível para impulsionar o fluido através do sistema.[13] O fluido é isolado dentro do tubo, evitando o contato com quaisquer componentes da bomba, exceto a própria tubulação, o que torna essas bombas particularmente adequadas para aplicações estéreis ou sensíveis ao cisalhamento.[14] A vazão em bombas peristálticas é controlada principalmente pela velocidade dos rolos e pelo diâmetro interno do tubo, permitindo ajustes precisos para fins de medição.[15]
As principais características das bombas dosadoras peristálticas incluem sua capacidade de escorvamento automático, obtida por meio do vácuo criado pela compressão do tubo, que permite uma operação confiável mesmo com gases ou bolhas de ar arrastados.[13] Eles também suportam fluxo reversível simplesmente invertendo a direção de rotação do rolo, facilitando a dosagem bidirecional quando necessário.[16] A manutenção é simples, normalmente envolvendo apenas a substituição do tubo flexível após atingir o fim de sua vida útil, sem exigir a desmontagem do cabeçote da bomba.[14] A precisão nessas bombas geralmente varia de ±1% a ±3%, dependendo do material do tubo e da calibração do sistema, enquanto as configurações de vários rolos minimizam a pulsação para um fornecimento mais suave.[17][16]
A vazão teórica QQQ em uma bomba dosadora peristáltica pode ser expressa como
onde ddd é o diâmetro interno do tubo (determinando a área da seção transversal), CCC é a circunferência do rolo, NNN é a velocidade de rotação em rotações por minuto (RPM) e η\etaη é um fator de eficiência responsável pelas perdas do sistema. A oclusão do tubo – o grau em que os roletes comprimem totalmente o tubo – é fundamental para a precisão, pois a oclusão insuficiente leva ao deslizamento e à redução da precisão, enquanto a oclusão excessiva acelera o desgaste do tubo; configurações ideais normalmente atingem 10-20% de sobrecompressão para garantir vedação completa sem refluxo.[18][19]
As bombas peristálticas ganharam destaque na década de 1960 para aplicações de dosagem médica, como sistemas de infusão, devido ao seu manuseio cuidadoso de fluidos biológicos e prevenção de contaminação inerente.[20] O isolamento da trajetória do fluido deste projeto o torna ideal para processos biotecnológicos, onde a manutenção da esterilidade é fundamental.[14]
Bombas Rotativas
As bombas dosadoras rotativas fornecem fluxo contínuo e de baixa pulsação por meio de mecanismos rotativos, tornando-as ideais para manusear fluidos viscosos ou tolerantes ao cisalhamento em aplicações de dosagem precisa.[21] Essas bombas operam com base em princípios de deslocamento positivo, onde o fluido é retido e movido por rotação mecânica, proporcionando uma saída constante sem os cursos intermitentes dos tipos alternativos.[22]
As bombas de engrenagens representam um subtipo principal de bombas dosadoras rotativas, utilizando engrenagens entrelaçadas para deslocar o fluido. Nas bombas de engrenagens externas, duas engrenagens idênticas giram em eixos paralelos, retendo o fluido entre os dentes da engrenagem e a carcaça da bomba antes de transportá-lo para a porta de descarga. As bombas de engrenagem interna apresentam uma engrenagem interna maior (rotor) engrenada com uma engrenagem externa menor (intermediária) dentro da carcaça, oferecendo melhor manuseio de viscosidades mais altas. Os projetos de bombas de engrenagem evoluíram a partir dos sistemas hidráulicos do início do século 20, com o princípio de engrenagem interna patenteado em 1904 por Jens Nielsen e comercializado em 1911 para transferência de fluidos industriais, posteriormente adaptado para medição em processos de dosagem de polímeros.
As bombas de cavidade progressiva, outro subtipo importante também conhecido como bombas de parafuso, empregam um rotor helicoidal giratório dentro de um estator de dupla hélice estacionário para formar cavidades seladas progressivas que avançam suavemente o fluido. Este design garante cisalhamento mínimo, adequando-se a meios delicados ou viscosos. Inventadas em 1932 por René Moineau, que fundou a PCM para comercializar a tecnologia inicialmente para compressores antes de adaptá-la para bombeamento, desde então essas bombas passaram por refinamentos em materiais e modularidade para maior durabilidade.[25]
Em ambos os subtipos, a rotação contínua do rotor ou da engrenagem gera fluxo constante, com medição obtida principalmente através do controle de velocidade usando inversores de frequência variável (VFDs) para ajustar as rotações por minuto (RPM). Essas bombas suportam pressões de descarga de até 200 bar, dependendo da configuração, tornando-as adequadas para processos industriais exigentes.[21][22]
A vazão teórica QQQ para bombas dosadoras rotativas é calculada como Q=D×N1000Q = \frac{D \times N}{1000}Q=1000D×N, onde DDD é o volume de deslocamento por rotação (em cm³/rev) e NNN é a velocidade de rotação (em RPM), produzindo QQQ em litros por minuto; o fluxo real é responsável pela eficiência volumétrica ηv\eta_vηv, onde as perdas surgem do deslizamento interno - vazamento de fluido através das folgas - que pode reduzir a eficiência em casos de alta viscosidade devido ao aumento da resistência e do desgaste.[26] A eficiência volumétrica normalmente varia de 85 a 95% sob condições ideais, influenciada pela viscosidade do fluido, diferencial de pressão e tolerâncias da bomba.[27]