Qual é a diferença entre bomba centrífuga e bomba de caudal axial vertical?

No mundo do manuseamento de fluidos, as bombas desempenham um papel crucial na movimentação de líquidos de um ponto para outro. Dois tipos comuns de bombas utilizadas em diversas indústrias são as bombas centrífugas e as bombas de fluxo axial vertical. Embora ambos sirvam o propósito de transferência de fluidos, diferem significativamente no seu design, operação e aplicação.

Direção do fluxo

Uma das diferenças mais fundamentais entre as bombas centrífugas e as bombas de fluxo axial vertical reside na direção do fluxo do fluido através da bomba. Esta distinção não é apenas uma questão de design, mas influencia significativamente as características de desempenho da bomba e a sua adequação para diversas aplicações.

As bombas centrífugas, como o próprio nome sugere, utilizam a força centrífuga para mover o fluido. Nestas bombas, o fluido entra na bomba no centro de um impulsor rotativo. À medida que o impulsor gira, transmite energia cinética ao fluido, atirando-o para fora, na direção radial. Este movimento radial do fluido é então convertido em pressão à medida que o fluido sai do impulsor e entra na carcaça da bomba. O invólucro é normalmente concebido em formato de espiral, conhecido como voluta, o que ajuda a aumentar ainda mais a pressão e a guiar o fluido em direção à saída de descarga.

Em contraste, as bombas de fluxo axial vertical movem o fluido numa direção axial, paralelamente ao eixo da bomba. Nestas bombas, o impulsor é mais parecido com uma hélice, com pás que empurram o fluido ao longo do eixo de rotação. À medida que o impulsor gira, cria uma área de baixa pressão à sua frente, puxando o fluido para dentro, e uma área de alta pressão atrás dele, empurrando o fluido para fora.

A direção axial do fluxo nestas bombas é particularmente vantajosa para mover grandes volumes de fluido contra pressões de cabeça relativamente baixas. Isto torna as bombas de fluxo axial ideais para aplicações como controlo de cheias, sistemas de irrigação e circulação de água de refrigeração em centrais elétricas, onde o principal requisito é movimentar uma grande quantidade de fluido em vez de gerar pressões elevadas.

Cabeça

O conceito de “carga manométrica” nos sistemas de bombagem refere-se à altura total equivalente a que um fluido é bombeado, tendo em conta fatores como a pressão, a velocidade e a elevação. É um parâmetro crucial na seleção da bomba e no projeto do sistema, pois está diretamente relacionado com a quantidade de energia necessária para mover o fluido. As bombas centrífugas e as bombas de caudal axial vertical diferem significativamente na sua capacidade de gerar altura manométrica, o que influencia a sua adequação às diferentes aplicações.

As bombas centrífugas são conhecidas pela sua capacidade de gerar alturas manométricas elevadas. Esta capacidade decorre do seu design, que converte eficientemente a energia cinética transmitida pelo impulsor rotativo em energia de pressão. À medida que o fluido é lançado para fora pelo impulsor, ganha velocidade. Esta velocidade é depois convertida em pressão à medida que o fluido abranda na carcaça da bomba. O formato espiral do invólucro (voluta) auxilia ainda mais nesta conversão de pressão.

As bombas de fluxo axial vertical, por outro lado, são normalmente concebidas para aplicações com uma altura manométrica inferior. O projeto de fluxo axial é mais eficiente na movimentação de grandes volumes de fluido, mas menos eficaz na geração de pressões elevadas. Nestas bombas, o fluido move-se paralelamente ao veio da bomba e a pressão é gerada principalmente pela aceleração do fluido, e não pela ação centrífuga.

A altura manométrica gerada pelas bombas de fluxo axial vertical é geralmente inferior à das bombas centrífugas, variando normalmente entre alguns metros e cerca de 20 metros em projetos de estágio único. Embora isto possa parecer limitativo, é importante notar que muitas aplicações requerem a movimentação de grandes volumes de fluido contra alturas manométricas relativamente baixas e, nestes cenários, as bombas de fluxo axial vertical são excelentes.

Por exemplo, em aplicações de controlo de cheias, o principal requisito é movimentar rapidamente um grande volume de água, muitas vezes com apenas uma pequena diferença de elevação. Da mesma forma, nos sistemas de refrigeração para centrais eléctricas, o foco está na circulação de grandes quantidades de água em vez de gerar pressões elevadas. Nestes casos, a capacidade de redução da altura manométrica das bombas de fluxo axial vertical não é uma limitação, mas sim uma característica que permite um funcionamento eficiente.

Taxa de fluxo

O caudal, que se refere ao volume de fluido que uma bomba pode movimentar num determinado período de tempo, é outro fator crucial que distingue as bombas centrífugas das bombas de caudal axial vertical. Esta característica influencia significativamente a adequação da bomba para diferentes aplicações e desempenha um papel fundamental no design do sistema e na seleção da bomba.

As bombas de caudal axial vertical são normalmente concebidas para lidar com caudais mais elevados em comparação com as bombas centrífugas de tamanho semelhante. Esta capacidade decorre do seu design de fluxo axial, que permite um caminho mais direto e menos restrito para o fluido através da bomba. Numa bomba de caudal axial vertical, as pás do impulsor são concebidas para mover um grande volume de fluido ao longo do eixo do veio da bomba. Este design minimiza as mudanças na direção do fluxo e reduz a turbulência, permitindo a movimentação eficiente de grandes quantidades de fluido.

A capacidade de caudal elevado das bombas de caudal axial vertical torna-as ideais para aplicações onde a movimentação de grandes volumes de fluido é o principal requisito. Por exemplo, nos sistemas de controlo de cheias, estas bombas podem movimentar rapidamente grandes quantidades de água para evitar inundações. Nos sistemas de rega, podem distribuir água de forma eficiente em grandes áreas. Em sistemas de refrigeração de centrais elétricas, as bombas de fluxo axial vertical são frequentemente utilizadas para fazer circular grandes volumes de água de refrigeração.

Não é incomum que grandes bombas de fluxo axial vertical lidem com caudais de dezenas de milhares de litros por minuto ou até mais. Esta capacidade de elevado volume é particularmente valiosa em cenários onde a rápida transferência de fluidos é fundamental, como em situações de emergência de controlo de cheias ou em processos industriais que requerem uma circulação contínua de fluidos em elevado volume.

As bombas centrífugas, embora capazes de lidar com uma vasta gama de caudais, são geralmente concebidas para caudais mais baixos em comparação com as bombas de caudal axial vertical de tamanho semelhante. O design do fluxo radial das bombas centrífugas, embora eficiente para gerar pressão, pode introduzir mais resistência ao fluxo em comparação com o design axial. Isto porque o fluido deve mudar de direção à medida que entra na bomba axialmente e depois sai radialmente.

INSP

A altura manométrica líquida positiva de aspiração (NPSH) é um conceito crucial no funcionamento da bomba, relacionado com a pressão mínima necessária à entrada da bomba para evitar a cavitação. A cavitação é um fenómeno onde se formam bolhas de vapor no líquido devido à baixa pressão e depois colapsam, podendo causar danos na bomba. Compreender os requisitos NPSH dos diferentes tipos de bombas é essencial para garantir um funcionamento fiável e eficiente da bomba.

As bombas de caudal axial vertical apresentam normalmente requisitos de NPSH mais baixos em comparação com as bombas centrífugas. Esta característica é uma das principais vantagens das bombas de fluxo axial verticalem determinadas aplicações.

O menor requisito de NPSH das bombas de fluxo axial vertical deve-se principalmente ao seu design. Nestas bombas, o impulsor é frequentemente posicionado próximo ou abaixo da superfície da água, o que proporciona naturalmente uma altura manométrica de aspiração positiva. Este arranjo minimiza o risco de cavitação, garantindo que existe sempre pressão suficiente à entrada da bomba.

O projeto de fluxo axial também contribui para reduzir os requisitos de NPSH. O fluido entra na bomba paralelamente ao veio e mantém essa direção através do impulsor. Este percurso de fluxo reto resulta numa menor queda de pressão na entrada em comparação com o percurso de fluxo mais complexo nas bombas centrífugas, onde o fluido deve mudar de direção de axial para radial.

Os requisitos mais baixos de NPSH das bombas de fluxo axial vertical tornam-nas particularmente adequadas para aplicações onde a altura manométrica de aspiração disponível é limitada. Por exemplo, em sistemas de controlo de cheias ou de rega em que a bomba necessita de operar com submersão mínima, as bombas de fluxo axial vertical podem funcionar eficazmente sem o risco de cavitação.

As bombas centrífugas, por outro lado, apresentam geralmente requisitos de NPSH mais elevados. Isto deve-se a vários fatores relacionados com o seu projeto e operação. Numa bomba centrífuga, o fluido entra axialmente no centro do impulsor e é depois acelerado radialmente para fora. Esta mudança de direção e as altas velocidades envolvidas podem levar a áreas localizadas de baixa pressão, aumentando o risco de cavitação.

Fabricantes de bombas de caudal axial vertical

Quando se trata de selecionar uma bomba de fluxo axial vertical, a escolha de um fabricante fiável é crucial para garantir fiabilidade, eficiência e desempenho a longo prazo. Um desses fabricantes que estabeleceu uma forte reputação na indústria é a Tianjin Kairun.

Para aqueles que estão no mercado das bombas de fluxo axial vertical, a Tianjin Kairun agradece consultas e está pronta para ajudar na seleção da bomba certa para aplicações específicas. Podem ser contatados em catherine@kairunpump.com para obter mais informações sobre os seus produtos e serviços.

Referências:

1. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGraw-Hill Education.

2. Gülich, J. F. (2020). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.