Tipos de Bombas Centrífugas: Classificação Técnica e Critérios de Seleção

Qual é a diferença entre bomba radial, de fluxo misto e axial?

O guia do DOE com o Hydraulic Institute classifica as bombas pela forma de dar energia ao fluido. As de deslocamento positivo comprimem o fluido diretamente e incluem, entre outros, os tipos de pistão, parafuso, palhetas deslizantes e lóbulos rotativos; as centrífugas, também chamadas rotodinâmicas, aceleram o fluido, convertem essa energia cinética em pressão e se dividem em axiais, de fluxo misto e radiais (DOE, p.3). Este artigo trata das centrífugas.

Pelas definições do Hydraulic Institute (HI), na radial o líquido entra no olho do rotor na direção do eixo e sai perpendicular a ele; na de fluxo misto, sai inclinado, a cerca de 45° do eixo; na axial, entra e sai na direção do eixo. Quanto maior a vazão em relação à altura gerada, maiores as passagens e menor o diâmetro do rotor, que vai de radial a misto e, no extremo, a axial.

O rotor axial lembra uma hélice de barco. FBCN, FBOT e FBME são radiais. No gráfico do HI, os tipos se sucedem ao longo da velocidade específica, calculada no ponto de melhor eficiência (BEP), com o rotor de diâmetro máximo, numa dada rotação e com a altura por estágio: em unidades métricas, ns = n·Q^0,5/H^0,75, com n em rpm, Q em m³/s e H em m; em unidades americanas, o valor é 51,6 vezes maior.

Parte da literatura calcula a velocidade específica com a vazão por olho do rotor, e não com a vazão total, e o HI alerta para conferir a base do cálculo antes de comparar valores. Compare números só dentro da mesma convenção.

Quando usar bomba monoestágio ou multiestágio?

A monoestágio tem um rotor e gera toda a altura numa única etapa; a multiestágio tem dois ou mais rotores em série, cujas alturas se somam para a mesma vazão. A FBCN é monoestágio: o manual MTEC-03/00 registra 54 modelos e altura de até 135 m. A decisão parte do ponto de vazão e altura e do NPSH, não de um limite universal isolado.

Segundo o HI, pressões mais altas podem exigir uma multiestágio. Compare as alternativas pela vazão, altura, rotação, condição de sucção e limites mecânicos exigidos, com os desenhos, as curvas e o escopo de cada uma; o número de rotores, sozinho, não define custo nem facilidade de manutenção.

Na FB Bombas, a série multiestágio é a FBME: horizontal, formada por um corpo de sucção, um de pressão e corpos de estágio unidos por tirantes externos, com rotores radiais fechados montados em difusores. O manual MTEC-08/01 dá até 400 m³/h e 300 m, limites gerais não simultâneos, nos tamanhos de 3″ a 6″; o número máximo de estágios cai com o tamanho e com a rotação. Confirme o ponto e a curva do modelo.

Qual é a diferença entre bomba centrífuga horizontal e vertical?

Horizontal e vertical descrevem a orientação do eixo, mas cada uma reúne vários arranjos. Na nomenclatura do HI, as horizontais de rotor em balanço podem ser montadas sobre suporte de mancal, sobre pés ou pela linha de centro; entre as verticais estão a in-line e a verticalmente suspensa. FBCN, FBOT e FBME são horizontais.

Na FBCN, a construção back-pull-out, nas palavras do manual, permite retirar da voluta a parte do mancal sem desconectar nem desalinhar a tubulação de bombeamento, o que facilita montagem, desmontagem e manutenção. No layout, preveja pelo desenho da execução o espaço de retirada axial e o acesso ao acoplamento.

Entre as verticalmente suspensas, o HI lista arranjos submersíveis e com descarga pela coluna. Nesses casos, entra na seleção a submergência, a distância vertical entre a superfície livre do líquido e a entrada da bomba: ela soma ao NPSH disponível, uma submergência mínima evita vórtices fortes com núcleo de ar, e ela pode ter de aumentar para atender ao NPSH requerido.

A vertical in-line é outra máquina, com sucção e recalque em linha. Por isso, a orientação do eixo, sozinha, não garante sucção afogada, drenagem completa nem menor custo; compare os desenhos, o nível mínimo, o acesso e os meios de içamento.

O que muda entre bomba end-suction, split-case e in-line?

End-suction é a bomba em que o líquido chega ao olho do rotor em linha reta, sem curvas, com o rotor em balanço. Split-case é a de carcaça bipartida axialmente, com o rotor entre mancais. In-line é a de sucção e recalque em linha. A FBCN é end-suction e back-pull-out e segue a ASME B73.1 na parte mecânica, o que não comprova intercambiabilidade dimensional com toda bomba dessa norma.

Na FBCN, a voluta é fundida em peça única, apoiada sobre pés próprios, e tem anel de desgaste do lado da sucção. A FBOT também é end-suction e back-pull-out, com a mesma retirada da parte do mancal sem desconectar a tubulação, segundo o manual MTEC-16/00; a voluta é fundida sem pés, o mancal vem nos grupos 3 e 4, e o acoplamento é flexível, com ou sem espaçador.

Na split-case, a carcaça é bipartida axialmente, e os bocais de sucção e de recalque costumam vir fundidos na metade inferior: solta-se a metade superior, e o conjunto girante sai inteiro, com eixo, rotor, luvas e caixas de mancal. Nesse arranjo, o rotor típico tem dois olhos, cada um com metade da vazão, e o HI aponta o rotor de duas entradas para vazões altas.

Em incêndio, segundo o HI, a NFPA 20 admite bombas centrífugas de voluta end-suction, vertical in-line e split-case. Na nomenclatura do HI, as circuladoras também são in-line, e horizontais. Em qualquer carcaça, confira no desenho da execução os bocais, o sentido de retirada e o acesso ao acoplamento.

Qual rotor escolher: fechado, semiaberto ou aberto?

O HI descreve três configurações: o aberto não tem tampa dianteira nem traseira, o semiaberto só tem a traseira e o fechado tem as duas. FBCN, FBOT e FBME usam rotor fechado: os manuais da FBOT e da FBME dizem isso no texto, e o da FBCN mostra no desenho em corte. Para sólidos, verifique passagem, tamanho, concentração e abrasividade admissíveis; o nome do rotor, sozinho, não resolve a seleção.

Pelo HI, o rotor fechado custa mais para fabricar, é mais difícil de limpar e bombeia menos tipos de fluido que o aberto, mas é mais robusto e perde bem menos eficiência ao longo da vida da bomba. O vazamento interno é controlado pelas folgas de trabalho. Na FBCN, o manual prevê anel de desgaste na carcaça, do lado da sucção, e no rotor, do lado da pressão, exceto nos tamanhos 25-150, 32-125 e 32-125.1.

No aberto e no semiaberto, a folga entre as pás e a carcaça cresce com o desgaste e deixa o líquido voltar à sucção, e a eficiência cai; pelo mesmo motivo, o HI observa que o fechado não exige um ajuste axial tão preciso. O aberto aparece em bombas menores, axiais e de manuseio de sólidos, e o semiaberto reúne parte das vantagens e desvantagens dos dois.

Os manuais da FBCN e da FBME indicam as séries para líquidos limpos ou turvos e pedem consulta à FB para fluido com sólidos em suspensão; o da FBOT exclui partículas abrasivas. Compare a passagem livre e a curva de cada alternativa, sem presumir que todo aberto aceita fibras.

Como as séries FBCN, FBOT e FBME se classificam?

A FBCN é radial, monoestágio, horizontal, end-suction, back-pull-out e de rotor fechado; o manual MTEC-03/00 registra 54 modelos, DN 25 a DN 300, até 2.200 m³/h e 135 m. A FBOT tem a mesma classificação e bombeia óleos térmicos orgânicos até 350 °C. A FBME é radial, multiestágio e horizontal, com rotores fechados em difusores, até 400 m³/h e 300 m. São limites gerais dos manuais, não simultâneos nem uma seleção de modelo.

A vedação separa as séries: a FBOT tem vedação dupla, com gaxetas de grafite na região em contato com o óleo térmico e um selo mecânico dentro do mancal, imerso no óleo do mancal; a FBCN e a FBME aceitam gaxeta ou selo mecânico. A FB tem bancada de ensaios conforme ANSI/HI 14.6, mas quais ensaios, balanceamento e relatórios acompanham cada bomba se define na proposta.

Quem procura centrífuga horizontal com selo mecânico encontra duas séries FB. Na FBCN, a Tabela 3 do manual MTEC-03/00 (p.7), de limite de pressão por temperatura máxima, dá 10 bar a 90 °C para a execução com selo mecânico. Com gaxeta, os limites são 12 bar de −28 a 65 °C, 11 bar a 93 °C e 10 bar a 105 °C com flanges de 125 lbs, e 16 bar com flanges de 250 lbs.

Na FBME, a Figura 3 do manual MTEC-08/01 (p.10) chama de código S o selo mecânico de simples ação, balanceado ou não, para temperatura até cerca de 105 °C, conforme o fabricante do selo e sem refrigeração; na seleção do selo, entra a pressão de sucção. A FBOT, como descrito acima, usa vedação dupla, e o artigo de selo mecânico compara os tipos de selo e a gaxeta.

Para escolher entre FBCN, FBOT e FBME, envie o fluido, a temperatura, a vazão, a altura, a condição de sucção, os sólidos em suspensão e a vedação pretendida. Com esses dados, a engenharia de aplicação da FB Bombas indica a série, o modelo e a curva para o ponto de operação.