Bombas Centrífugas

Concepção Básicas

Com uma simples definição, pode dizer que uma bombas centrifugas trata-se de Máquinas Hidráulicas Operatrizes, isto é, máquinas que recebem energia potencial (força motriz de um motor ou turbina), e transformam parte desta potência em energia cinética (movimento) e energia de pressão (força), cedendo estas duas energias ao fluído bombeado, de forma a recirculálo ou transportá-lo de um ponto a outro.

Portanto, o uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que há a necessidade de aumentar-se a pressão de trabalho de uma substância líquida contida em um sistema, a velocidade de escoamento, ou ambas.

Caso você tenha esquecido alguns dos termos acima, faremos uma breve resumo dessas propriedades, segue apenas duas agora e nas próximas publicações faremos as restantes:

Velocidade (Ve): É a relação entre a vazão do fluído escoado e a área de seção por onde escoa, sendo:                                                                        Ve = Q/A

Pressão Manométrica (Pman): É a pressão medida adotando-se como referência a pressão atmosférica, denominada também pressão relativa ou efetiva. Mede-se com auxílio de manômetros, cuja escala em zero (0) está referida a pressão atmosférica local. Quando o valor da pressão medida no manômetro é menor que a pressão atmosférica local, teremos pressão relativa negativa, ou vácuo parcial. 

Devido a grande diversidade das bombas existentes, adotaremos uma classificação resumida, dividindo-as em dois grandes grupos:

1. Bombas Centrífugas ou Turbo-Bombas, também conhecidas como Hidro ou Rotodinâmicas;



Bomba centrífuga

2. Bombas Volumétricas, também conhecidas como de Deslocamento Positivo.

Basicamente as diferenças nas bombas centrifulgas consiste em:

• Nas Bombas Centrífugas, ou Turbo-Bombas, a movimentação do fluído ocorre pela ação de forças que se desenvolvem na massa do mesmo, em conseqüência da rotação de um eixo no qual é acoplado um disco (rotor, impulsor) dotado de pás (palhetas, hélice), o qual recebe o fluído pelo seu centro e o expulsa pela periferia, pela ação da força centrífuga, daí o seu nome mais usual.
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Em função da direção do movimento do fluído dentro do rotor, estas bombas dividem-se em:

Centrífugas Radiais (puras): A movimentação do fluído dá-se do centro para a periferia do rotor, no sentido perpendicular ao eixo de rotação ( sendo que essas são as mais usadas no mundo);

Centrífugas de Fluxo Misto (hélico-centrífugas): O movimento do fluído ocorre na direção inclinada (diagonal) ao eixo de rotação;

Centrífugas de Fluxo Axial (helicoidais): O movimento do fluído ocorre paralelo ao eixo de rotação;

Na próxima publicação descreveremos o funcionamento das bombas centrífugas e descreveremos o funcionamento das bombas de deslocamento positivo.


Por: Daniel Medeiros de Andrade.

Moinho

Moinhos de Bolas

Na sua forma mais simples, o moinho de bolas consiste num cilindro oco em rotação, parcialmente cheio de bolas, com o eixo horizontal ou fazendo um pequeno ângulo com a horizontal. O material a moer pode ser introduzido através de um eixo oco numa das extremidades e o produto sai através de um eixo semelhante na outra extremidade. A saída está normalmente coberta com uma peneira pouco aberta par impedir que as bolas possam escapar-se

A superfície interior do cilindro é normalmente revertida com um material resistente á abrasão, como aço manganês, pedra ou borracha. Nos moinhos revestidos a borracha verifica-se menos desgastes e o coeficiente de atrito entre as bolas e o cilindro é maior do que com revestimento a aço ou pedras. As bolas são, por conseguinte, levadas mais adiante  em contato com o cilindro e , portanto, caem sobre a alimentação vindas de maior. Em alguns casos monta-se barras de elevação no interior do cilindro.

O moinho de bolas usa-se para a moagem de uma larga gama de materiais, entre os quais carvão, pigmentos e feldspato para cerâmicas e recebe alimentação ate ao tamanho de cerca de 2 polegadas.

O rendimento da moagem aumenta com a retenção no moinho ate os vazios entre as bolas estarem cheios. O aumento da quantidade retida diminui então novamente o rendimento.

As bolas

As bolas normalmente são feitas de aço e ocupam entre 30 a 50% do volume do moinho. O diâmetro de bola que se usa varia entre uma polegada e 5 polegadas,  e o diâmetro ótimo é aproximadamente proporcional a raiz quadrada da  dimensão da alimentação, sendo a constante de proporcionalidade função da natureza do material.

Durante a moagem, as próprias bolas desgastam-se e são constantemente substituídas por bolas novas, pelo que o moinho contém de varias idades e, portanto, de vários tamanhos. Isso é vantajoso, pois as bolas grandes lidam eficientemente com a alimentação e as pequenas são responsáveis pela obtenção de um produto fino.

Existem diversos fatores que influenciam a dimensão dos produtos em um moinho de bolas, entre eles vamos destacar 7 deles.

Ø  A velocidade de alimentação: com altas velocidades de alimentação, efetua-se menos redução de tamanhos, pois o material está no moinho durante menos tempo;

Ø  As propriedades do material de alimentação: quanto maios for o tamanho da alimentação, mais será o do produto sob dadas condições de funcionamento. Com um material duro obtém-se uma menor redução de tamanho;

Ø  Peso das  bolas: uma pesada carga de bolas produz um produto fino. O peso da carga pode aumentar, quer aumentando o numero de bolas, quer usando um material de densidade mais elevada. Visto que as condições ótimas de moagem se obtém usualmente  quando o volume de leito de bolas é igual a 50% do volume do moinho, variação do peso das bolas efetua-se normalmente usando materiais de massas especificas diferentes;

Ø  O diâmetro das bolas: bolas pequenas facilitam a produção de material fino, mas não lidam de maneira tão eficiente com partícula maiores de alimentação. A redução de tamanho limite que se obtém com uma dada dimensão de bolas chama-se o limite de moagem livre. Para máxima economia de funcionamento, deve-se usar-se bolas o mais pequeno possíveis;

Ø  A inclinação do moinho: o aumento da inclinação do moinho aumenta a capacidade de instalação, porque diminui o tempo de retenção, mas conduz a um produto mais grosseiro;

Ø  Liberdade de descarga: o aumento da liberdade de descarga do produto tem o mesmo efeito que o aumento da inclinação. Em alguns moinhos, o produto é descarregado através de abertura no revestimento;

Ø  A velocidade de rotação do moinho:  a baixa velocidade de rotação, as bolas limitam-se a rolar uma sobre  as outras e obtém-se pouca ação  de moagem. A velocidade um pouco mais alta, elas são projetadas a distâncias maiores e verifica-se considerável desgaste do revestimento do moinho. A velocidade muito elevada, as bolas são transportadas a toda a volta em contato com as paredes do moinho e de novo se verifica pouco movimento relativo a moagem. A velocidade mínima à qual as bolas são transportadas a toda a volta desta maneira chama-se a velocidade critica do moinho, e, nestas condições, não haverá qualquer força resultante a atuar sobre as bola, quando ela esta situada em contato com o revestimento do moinho na sua posição de cota mais elevada, isto é, a força centrifuga será exatamente igual ao peso da bola.

As vantagens do uso de um moinho de bolas são:

1.    O moinho pode-se usar em seco ou em úmido, mas a moagem em úmido facilita a remoção do produto;

2.    Os custos de instalação e de energia são baixos;

3.  O moinho de bolas podem ser usados com uma atmosfera inerte e por isso, podem se usados para moagem de certos materiais explosivos;

4.    O material de moagem é barato;

5.    O moinho é próprio para materiais de todos os graus de durezas;

6.    Pode usar para funcionamento descontinuo ou continuo;

7.    Pode-se usar moagem em circuitos abertos ou fechados. Com moagem em circuito abertos obtém-se uma larga gama de tamanhos de partícula no produto. Com moagem em circuito fechado, pode evitar-se o uso de um separador externo, mediante a remoção continua “do produto por meio de ar ou através de peneira”.

Moinho Raymond

Este moinho é muito econômico no funcionamento e da um produto bastante fino e uniforme. Um eixo central acionado por uma engrenagem cônica transporta uma barra no topo e termina numa chumaceira no fundo. Na barra estão implantados vários braços pesados que suportam as cabeças de moagem, as quais são implantadas para fora pela ação centrifuga e se atritam num anel forte circular. O material, que é introduzido por meio de um dispositivo de alimentação automático, é empurrado para o anel forte por meio de um arado que roda com o eixo central. O material moído é retirado por meio de uma corrente de ar, e o material mais grosseiro volta a cair e é de novo levado para cima do anel porte pelo arado.

Como o moinho funciona a altas velocidades, não é apropriado para uso cim materiais abrasivos; tão pouco lidará com materiais que amaciem durante o esmagamento.

Embora o consumo de energia e os custos de manutenção sejam pequenos, esta maquina apresenta a desvantagem de haver desgaste se a maquina trabalhar sem qualquer alimentação, porque não se mantem qualquer folga entre as cabeças de moagem e o anel forte. Além de ser usado para a preparação de carvão pulverizado, o moinho de Raymond usa-se muito na fabricação de cimento e de artigos de cerâmica. Na indústria cerâmica fixação da granulometria das matérias primas tem de fazer-se dentro de limites muito finos, porventura entre 55 e 65 mícrons, e o moinho Raymond é capaz de conseguir isto.

Polimerização.

Um pouco da história dos políeros

As macromoléculas vêm sendo usadas há milênios pela Humanidade: o algodão, a lã, a seda etc.na fabricação de tecidos; os cascos e chifres dos animais para fazer pentes, botões etc.; o marfim das presas dos elefantes para fazer objetos de adorno, teclas de piano etc.

Na metade do século XIX, o marfim era usado também para fabricar bolas de bilhar. A popularização desse jogo na Europa e nos Estados Unidos sofreu um abalo quando o preço do marfim subiu vertiginosamente. Por isso uma fábrica norte-americana de bolas de bilhar prometeu um bom prêmio a quem descobrisse um substituto para o marfim.

Em 1870, John Wesley Hyatt submeteu uma mistura de nitrocelulose, cânfora e álcool a uma pressão elevada e conseguiu um produto que foi denominado celulóide. Esse produto teve sucesso, não só na produção das bolas de bilhar daquela época, mas também na fabricação de dentaduras, colarinhos de camisas e, por fim, em filmes fotográficos (substituído depois por acetato de celulose). Começou aí uma corrida à procura de materiais sintéticos, que resultou, por exemplo, no celofane (1892) e em plásticos da caseína (1897). Paralelamente iniciou-se também uma busca de substitutos para as fibras naturais, visando principalmente à produção de uma seda artificial. Em 1885, Chardonnet obteve uma primeira seda artificial, à base de nitrocelulose (com o inconveniente de ser inflamável); em 1890, Despeissis conseguiu um primeiro tipo de raiom, a partir de algodão; em 1892, Ross e Beven produziram a viscose, também a partir do algodão.

Note então que todas as tentativas partiam de polímeros naturais, de baixo custo (celulose de algodão de segunda categoria, caseína do leite etc.), que eram modificados na tentativa de se obterem produtos de melhor qualidade. Um grande passo foi dado em 1907 por Leo Hendrik Baekeland, que produziu a baquelite a partir de moléculas simples—o fenol e o formaldeído. O sucesso da baquelite foi imediato. Ela foi usada no início do século XX na produção dos discos musicais de 78 rpm; depois, em tomadas e interruptores elétricos, cabos de panelas etc. Até hoje, a baquelite é usada na produção de chapas para revestimento de móveis. Atualmente, a tecnologia de produção dos polímeros sintéticos está muito avançada. No entanto, devemos ter sempre em mente as seguintes idéias gerais, que passamos a explicar a partir de um dos exemplos mais simples, que é

o da produção do polietileno. Antes, porém, vamos dar uma breve definição de polímeros.

Polímeros (do grego: poli, “muitas”; meros, “partes”) são compostos de moléculas muito

grandes, formados pela repetição de uma unidade molecular pequena, chamada monômero.

Por exemplo: n CH2 CH2 (... CH2 CH2 ...)n

                                    Etileno           Polietileno

                                 Monômero       Polímero

Devido ao seu tamanho avantajado, a molécula de um polímero é chamada de macromolécula. A reação que produz o polímero é denominada reação de polimerização. Nessa reação, a molécula inicial (monômero) vai, sucessivamente, se unindo a outras, dando o dímero, o trímero, o tetrâmero e o polímero. Aparentemente, o processo poderia prosseguir, sem parar, até produzir uma molécula de tamanho “infinito”. No entanto, reações das extremidades da macromolécula com impurezas da própria matéria-prima (inclusive com a água, presente na forma de umidade) acabam impedindo a continuação

indefinida da reação.

Reação de Polimerização:

Polimerização(em cadeia):

São aquelas que o monômeros são adicionados sucessivamente até formar o polímero.

·         Formação Rápida de Moléculas de Polímeros (1 segundo);

·         Não existem subprodutos de reação;

·         Pesos moleculares elevados (-+ 10⁵ );

·         Reações características por 3 etapas:

1-    Iniciação;

2-    Propagação;

3-    Terminação.

Policondesação;

São aquelas em que ocorre eliminação de algumas molueculas pequenas, geralmente água quando dois grupos funcionais diferentes reagem entre si.

Exemplos de grupos funcionais:

·         Álcoois;

·         Fenóis;

·         Ésteres;

·         Aldeídos e Cetonas;

·         Ácidos carboxílicos;

Onde esses grupos funcionais estão presentes também em essências, perfumes, plásticos, fibras têxteis sintéticas, e no álcool como combustível para automóveis.

Sendo as características mais comuns são:

·         Reações em etapas;

·         Evolução gradativa do peso Molecular;

·         Consumo rápido dos manômetros.

As polimerizações acontecem de diversas formas e em muitos casos por diferentes situações. Aqui abordaremos os aspectos químicos, não se preocupando muito com aspectos operacionais, além de mostrar as reações de forma simplificada.

A polimerização pode ocorrer por:

Adição:

ü  Polimerização por radicais livres:

- iniciação:

I                      2 Rr

Propagação:

Rr    + monômero                       Rr₁+ monômero;

Rr₁    + monômero                     Rr_2;

Rr₂    + monômero                    Rr₃+ monômero;

Terminação:

Rr   + Rs                       P(r+s)

             (Combinação)

Rr   + Rs                       Pr + Ps

     Desproporcionalização

Características que formam polímeros em blocos

Catalizadores:

Reagentes de Grinar:

ü  Brometo de Metil -  magnésio;

ü  Sódio Trifenil – metila.

Metais Alcalinos Livres.

ü  Sódio;

ü  Potássio;

ü  Lítio.

Dissolvidos em amônia líquida ou em suspenção com solventes orgânicos.

R: Li                     {R^-  Li⁺ }

Polimerização Iônica:

Aplica-se a monômeros insaturados cujos substituintes são doadores de elétrons.

Características polimerização de baixas temperaturas:

Catalizadores: FRIEDEM _ CRAFTS:

Halogenetos de AI; Ti; Sn

Co-catalizadores: água e álcool.

TiC4 + RH                            [ Ti₁ Cl₄R] ^[-] + H ^[+]

Polimerização por coordenação ( Ziegler -  Natta)

Polimerização com catalizadores de Ziegler -  Natta que são complexos de cloreto de metais de TiCl4 de transição e compostos de organometálicos (trietil de alumínio).

Forma moléculas de polímeros lineares e permitem estereoquímicos de reação.

TiCl₄ + AlR₃                                       Ti Cl₃R + AlR₂Cl

Ti Cl₃R + AlR₂Cl                     TiCl₃ + R   + AlR₃

TiCl₃ + R   + AlR₃                       TiCl₂[R+ + AlR₂Cl]

Inibidores e retardadores

·         Uma reação é retardada se a velocidade é mais lenta;

·         Uma reação é inibida se ela começa depois de um tempo sem  reação.

Inibidores:

·         Apresenta grande eficiência  na captura de radicais livres;

·         Os radicais reagem mais rapidamente com os inibidores que com os monômeros;

·         São utilizados frequentemente para estocagem de monômeros, Ex.: Fenóis, quinonas, aminas.

Retardadores:

·         Apresenta menos reatividade com os radicais livres competindo com o monômeros. Ex.: Nitro compostos, halogêneos.

PROCESSO DE POLIMERIZAÇÃO:

Compostos insaturados podem ser polimerizados em:

Ø  Massa (bulk ppolymerization);

Ø  Solução

Ø  Emulsão;

Ø  Suspenção;

Ø  “slurry” (lama).

A escolha do método depende principalmente das propriedades químicas dos monômeros, do equipamento necessário e da aplicação do polímero.

 Polimerização em massa:

O método mais antigo utilizado na preparação de polímeros partindo de compostos insaturados. Este processo obtém polímeros puros pois suas fontes de contaminação são poucas, sendo seus principais pontos:

Ø  Solvente -  próprio do monômero;

Ø  Iniciação – iniciador químico (peroxido);

               -- térmico;

               -- Radiação.

Ø  Reação fortemente exotérmica (grande desvantagem)

Ø  Aumento da viscosidade dificultando a transferência de calor;

Ø  Variação do P.M. (Região superaquecida);

Ø  Permite obtenção de peças moldadas a partir do monômero, sem pressão com OTIMAS QUALIDADES OTICAS.

Ø  Fabricação industrial de chapas de Polimetacrilato de metila.

Polimerização em solução:

 Além do iniciador e do monômero usa-se um solvente.

Como vantagens pode-se falar da facilidade de transferência de calor, homogeneidade da temperatura e obtenção do polímero dissolvido – ( aplicação em revestimento pela remoção de solvente).

Como desvantagens fica  apontado o retardamento de reação pelo solvente e a dificuldade na remoção do solvente.

Muito aplicado em policondensação e tendo pouca aplicação em poliadição, como exemplo temos o Polibutadieno.

Quando o polímero formado é insolúvel no meio reacional temos tem-se uma polimerização em LAMA ( “slurry”) ou uma polimerização com precipitação.

Como exemplos destes dois têm:

Ø  Acrílica nitrila;

Ø  ABS.

Polimerização em emulsão

Os monômeros se acham emulsificados em, um NÃO – SOLVENTE, geralmente agua contendo iniciadores solúveis em água, persulfato de potássio e emulsificantes (sabão). Com tamanho das partículas entre 0,001 - 1µ. Onde os radicais livres se formam na fase da água e depois migrando para a  fase orgânica.

As vantagens são:

Ø  Fácil controle da temperatura, pois apresenta baixa viscosidade;

Ø  Homogeneidade de P.M. (Peso Molecular)

Ø  Rápida e alta conversão.

As desvantagens:

Ø  A dificuldade da remoção do emulsificante, sendo isso uma restrição na aplicação.

Sendo bastate aplicado na indústria no ramo de PVC e SBR.

Polimerização em suspenção

Através de forte agitação de um monômero + água pode haver a formação de gotículas com tamanho que variam de 1-50µ ou ate 1000µ (1mm) dependendo da densidade do monômero em relação a água.

São usados agentes de suspenção (estabilizadores) para evitar a coalescência das gotículas viscosas de monômeros-polímeros em suspenção.

Apresentando com vantagens as mesmas de uma polimerização em emulsão e não tendo as mesmas desvantagens desta ultima, torna-se baste empregada na indústria que trata de Poliestireno e SAN. E tendo como agente de suspenção:

Ø  TCP – Fosfato tricalsico;

Ø  Poli-ácool vinílico;

Ø  Outros.