O desempenho de diferentes bombas é avaliada com base em vários fatores, incluindo: • Gama de pressões;
• Gama de velocidades; • Ruído;
• Eficiência; • Inércia;
• Fluxo e pulsação da pressão; • Custos de instalação e manutenção.
A avaliação da importância destes fatores depende dos objetivos traçados no contexto geral da aplicação.
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Capítulo 2 – Estado da Arte 15
Figura 2.13 Bomba de pistões axiais, (a) débito fico (b) débito variável. Reproduzido de Ferreira, 2006.
Todas as bombas podem ser classificadas como de deslocamento positivo ou hidrostática e
deslocamento não positivo ou hidrodinâmicas. A maioria das bombas utilizadas em sistemas hidráulicos é hidrostáticas.
Uma bomba hidrodinâmica produz um fluxo contínuo. No entanto, uma vez que não proporciona uma vedação interna, a sua saída varia consideravelmente com a pressão. As bombas centrífugas são exemplos de bombas hidrodinâmicas. Se a saída de uma bomba hidrodinâmica for bloqueada, a pressão subirá e o fluxo irá diminuir para zero ainda que esta continue em movimento. As bombas hidrodinâmicas não permitem um controlo eficaz sobre o fluxo de saída, pelo que não se adequam ao sistema em estudo.
Numa bomba hidrostática, o deslizamento é negligenciável em comparação com o fluxo de saída. Se a saída for bloqueada, a pressão irá aumentar instantaneamente a tal ponto que poderá partir a bomba se o motor tiver força para impulsionar a bomba. Este tipo de bombas garante um fluxo de saída praticamente proporcional a rotação.
2.6.1- Bomba de pistões radiais
Este tipo de bomba, também conhecida como bomba alternativa, é constituída por pistões dispostos paralelamente entre si e inclinados relativamente ao eixo de rotação. A inclinação do eixo ou da placa proporciona o movimento alternado dos pistões e o seu curso determina o seu débito da bomba. O deslocamento da bomba caracteriza-se pelo curso, número de pistões e velocidade de rotação. Pode ser de caudal fixo ou variável como se mostra na figura 2.13.
Das principais características das bombas de pistões axiais destaca-se as seguintes: • Deslocamento: 0,40 - 20 cm³;
• Pressão de trabalho até 700 bar; • Alto rendimento (±95%);
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16 Capítulo 2 – Estado da Arte
Figura 2.14 Bomba de palhetas. Reproduzido de Ferreira, 2006. • Baixo nível de ruído;
• Elevada inércia; • Custo elevado.
2.6.2- Bomba de palhetas
Consiste num rotor provido de ranhuras, onde se encontram as palhetas, que roda dentro de um anel excêntrico, figura 2.14. As palhetas encostam-se na carcaça pela ação da força centrífuga, formando com esta e as placas de desgaste a câmara da bomba. A pressão de saída provoca um desequilíbrio da bomba e portanto maior desgaste, no entanto, este tipo de bombas tem uma vida razoavelmente longa. Podem ainda ser encontradas no mercado bombas de palhetas equilibradas e de caudal variável. Uma vez que é necessário manter as palhetas encostadas ao anel excêntrico de forma a garantir a vedação, este tipo de bombas não são adequadas para trabalhar com baixas velocidades de rotação.
Algumas das características mais importantes das bombas de palhetas, enumeram-se a seguir: • Deslocamento: 18 - 193 cm³;
• Pressão de trabalho até 210 bar; • Fácil manutenção;
• Baixa inércia; • Baixo nívelde ruído.
2.6.3- Bomba de engrenagens externas
Um vácuo parcial é criado na câmara de entrada da bomba pelo movimento do par de engrenagens, figura 2.15. As engrenagens podem ser do tipo reto ou helicoidal, sendo as últimas mais silenciosas, acarretando no entanto um custo mais elevado de fabrico. O fluido é
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Capítulo 2 – Estado da Arte 17
Figura 2.15 Bomba de engrenagens externas. Reproduzido de Ferreira, 2006.
introduzido nos vãos dos dentes e transportado, junto à carcaça, até a câmara de saída. O encaixe dos dentes força o fluido para a abertura de saída. A folga entre os dentes das engrenagens proporciona uma fuga de fluido. Independentemente da velocidade, a perda de fluxo é quase constante para uma determinada pressão.
Devido ao baixo custo, grande tolerância aos contaminantes do fluido e fácil manutenção, este tipo de bombas são das mais comuns, no entanto são muito ruidosas e apresentam uma eficiência mecânica relativamente baixa.
Das características mais importantes, destacam-se: • Deslocamento: 1 - 63 cm³;
• Pressão de trabalho até 280 bar; • Baixa inércia;
• Alto nível de ruído. • Custo reduzido.
2.6.4- Bomba de engrenagens internas
As Bombas de engrenagens internas são dotadas de uma engrenagem com dentes interiores, na qual engrena a roda dentada motora, figura 2.16. Uma vez que estas bombas têm dois ou três dentes a menos na engrenagem interna, as velocidades relativas das engrenagens são baixas. O afastamento entre os dentes da engrenagem motriz e a engrenagem interna gera um vácuo parcial. A câmara da bomba forma-se entre os dentes das engrenagens. Uma vedação em forma de lua crescente localiza-se entre a abertura de entrada e saída, onde existe maior folga entre os dentes das engrenagens. Estas bombas são unidades pequenas e compactas, possuindo boa eficiência mecânica e fácil manutenção.
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18 Capítulo 2 – Estado da Arte
Figura 2.16 Bomba de engrenagens internas. Reproduzido de Ferreira, 2006. A seguir enumeram-se as características mais importantes:
• Deslocamento: 1.7 - 250 cm³; • Pressão de trabalho até 315 bar; • Baixa inércia;
• Baixo nível de ruído; • Baixa pulsação;
• Excelente eficiência volumétrica; • Custo reduzido.
Na tabela 2.1 estão resumidas as propriedades fundamentais das bombas anteriormente discutidas. Algumas das propriedades expressas na tabela são de caráter subjetivo, no entanto, tentam refletir a pesquisa efetuada nos catálogos dos fabricantes e a experiência do autor. Os elementos quantificados entendem-se como valores orientativos, obtidos pela consulta dos catálogos, considerados como valores máximos para cada tipo de bomba.
Tabela 2.1 Comparação de bombas hidráulicas.
Tipo de bomba
Propriedade Pistões Engrenagens
internas
Engrenagens externas
Palhetas
Pressão máxima de trabalho 700 bar 315 bar 280 bar 210 bar
Gama de velocidades Elevada Elevada Média Baixa
Densidade de potência Elevada Média Média Baixa
Eficiência total 91% 90% 85% 85%
Tolerância à Contaminação fluido
Baixa Alta Alta Média
Nível de ruído 70dBA 65dBA 75dBA 70dBA
Manutenção Difícil Médio Fácil Fácil
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Capítulo 2 – Estado da Arte 19