Artigo-IB2011-O uso de bombas hidraulicas

Artigo
POR Matthias R. Reinold
0 uso de bombas hidráulicas na cervejaria
Os processos das indústrias de bebidas movimentam enormes quantidades de líquido. Uma grande
cervejaria pode, por exemplo, movimentar mais de 3 milhões de litros por dia (30.000 hl/dia).
As bombas na indústria de bebidas, mais do que qualquer outro equipamento utilizado na produção,
são submetidas às influências da corrosão e do desgaste e muitas vezes não são dimensionadas
corretamente, com resultados desastrosos para o processo e produto. A tecnologia de construção de
bombas é um sistema dinâmico que apresenta uma evolução constante, procurando adaptar-se às
exigências crescentes dos processos, desde as técnicas de controle até a substituição de componentes.
O funcionamento básico
de uma bomba
Bombas em geral são equipamentos para a movimentação de
líquidos com diferentes características físico-químicas. Sua utilização se apoia no fato de que
líquidos deixam-se transportar
do modo mais económico em tubulações. Conecta-se uma bomba
à extremidade de saída da tubulação em questão, e essa bomba
exercerá uma força sobre o líquido para que ele se movimente, a
bomba aspirando de um lado e do
outro lado gerando pressão.
Provoca-se por meio disso um
aumento da pressão na saída da
bomba (bocal de descarga) e redução da pressão na entrada da
bomba (bocal de sucção).
Na bomba centrífuga a energia
necessária para pressionar o líquido é gerada por um disco giratório dotado de pás. Bombas centrífugas, devido ao seu modo de
construção, não podem desaerar
uma tubulação no lado da sucção,
ou seja, não conseguem aspirar o
líquido sozinhas. Devemos proceder de modo que o líquido fique
armazenado em um reservatório
localizado acima da bomba ou que
antes da partida da bomba a tubulação de sucção e a bomba sejam
preenchidas com o líquido.
A isso se soma uma maior sensibilidade da bomba centrífuga
com relação a bolsões de ar ou
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I.B. Ed. rfi 58 - 2011
gases dissolvidos no líquido, que
podem levar à interrupção do
bombeamento, quando as bolhas
de ar ocupam o rotor da bomba.
As chamadas bombas centrífugas
auto-aspirantes apresentam condições para desaerar a tubulação
de sucção. Para que isso aconteça, é necessário que a bomba esteja cheia de líquido pelo menos
até a metade.
Requisitos para uma bomba
Uma bomba dimensionada para
determinada aplicação deve ser
observada no próprio local quanto à vazão horária, pressão de trabalho, consumo de energia, nível
de ruído etc. Ou seja: a bomba
deve trabalhar de modo que não
se ouça, não se perceba e de preferência nunca quebre. Estas exigências seriam preenchidas se os
equipamentos não fossem sujeitos
a variáveis, como por exemplo, na
limpeza CIP de tanques por meio
de spray-balls, quando a bomba de
recalque da solução do CIP não só
trabalha com um ou dois tanques,
mas sim com seções inteiras (onde
os comprimentos das tubulações
variam enormemente).
Bombas também assumem múltiplas funções, como na filtração
da cerveja (bomba do filtro):
-Filtração com 200 hl/h a 6 bar;
-Formação da pré-camada com
400 hl/h a cerca de 2 bar;
-Retrolavagem com 500 hl/h a 3
bar;
-Limpeza (circulação) com 300
hl/h a cerca de 4 bar.
Para se evitar que uma bomba
apenas tenha que desempenhar
múltiplas funções podemos utilizar várias bombas para as diversas
aplicações ou um inversor de frequência, de modo a variar a rotação da bomba (deve-se operar a
bomba dentro da faixa de máximo
rendimento - até 50% da sua vazão nominal).
Algumas bombas centrífugas
de múltiplas aplicações, como a
transvasagem de líquido e também para CIP, são equipadas com
motores e chave comutadora que
permitem atender o processo de
maneira adequada: vazão de 2
m3 /h a 0,5 bar e vazão de 16 m3
/h a 2,5 bar.
Alguns critérios a serem
levados em consideração
Existem alguns critérios importantes que devem ser levados
em consideração quando adquirimos uma bomba. Na indústria
de bebidas geralmente utilizamos
as chamadas bombas sanitárias,
uma vez que seu desenho apresenta concepção sanitária, por
entrar em contato direto com o
líquido a ser bombeado (o próprio produto ou insumos utilizados em sua fabricação).
A bomba em corte representada ao lado foi aprovada pelas normas do
European Hygienic Equipment Design Group (EHEDG) com relação à sua
facilidade de limpeza.
Foi comprovado que a bomba não apenas pode ser limpa por processo CIP, sem deixar resíduos, como também ao contrário da tubulação de
referência, não apresentou nenhum resíduo de sujidade, o que é uma
garantia absoluta de segurança durante um processo estéril.
A válvula de membrana que serve de dreno, localizada no corpo da
bomba, permite eliminar todo e qualquer resíduo de líquido.
Os critérios para a construção de uma bomba estéril são:
- Possibilidade de esvaziamento total do corpo da bomba
- Corpo da bomba (carcaça do rotor) livre de cantos mortos
- Superfícies de vedação livres de frestas
- Boa capacidade de esterilização (SIP)
- Boa capacidade de limpeza (CIP)
- Conexões estéreis
- Vedações estéreis
- Construção (material) que impeça a corrosão
Além da construção da bomba, que deve atender às necessidades de sanitariedade do processo, as conexões
das tubulações devem permitir total isenção de contaminações microbiológicas e físico-químicas, como no desenho a seguir (que segue as normas de conexões estéreis):
• ELETROPOLIMENTO
~M\
L-—JLJ
I n d ú s t r i a e C o m é r c i o LTDA.
Elimina Bio Filme e Esporos dos equipamentos;
Reduz e/ou elimina a aderência de produtos;
Proporciona economia e facilidade na limpeza e higienização.
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TRATAMENTO DE
SUPERFÍCIE DE
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Inspeção interna de tubulação incluindo
a visualização das soldas.
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Aplicável em tubulações novas ou em operação em
equipamentos e pasteurizadores, descontaminando a superfície
interna. Efetua limpeza química, eliminando Bio Filme.
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de superfície com acabamento
homogéneo e/ou brilhante.
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Desenho em corte segundo as normas DIN 11864-1 e DIN 11864-2
A garantia da sua lubrificação.
O primeiro sistema
eletroquímico de
lubrificação
independente da
temperatura.
Conexão com rosca DIN 11864 -1
Outros critérios são
enumerados a seguir:
Lubrificam os equipamentos por um
período de até 12 meses, não
precisando parar a máquina por
ocasião da troca.
P
Sistema Perma STAR proporciona
uma lubrificação precisa em
ambientes de - 10° até +50°.
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Características da bomba: tipo
de construção (material, conexões), consumo de energia, nível
de ruído, desgaste do material. O
material de construção da bomba deve ser resistente à corrosão,
atóxico e não pode ser absorvente. Os materiais não podem conter substâncias que transmitam
odor, cor e paladar indesejáveis.
Geralmente utiliza-se aço inox 316
L para tal fim;
Sanitariedade da bomba: as
superfícies que entram em contato com o líquido devem ser lisas,
oferecer poucos danos mecânicos
ao produto, oferecer o menor espaço físico possível para desenvolvimento de microrganismos,
oferecer a menor possibilidade
de ligação química para partículas
estranhas, ser de fácil limpeza e
apresentar superfície eletropolida;
Contrapressão de trabalho (kgf/
cm2 ou bar);
Vazão necessária (litros/h, m3/h);
Altura de sucção (metros);
Distância ou altura do recalque
(metros);
Características do líquido a ser
bombeado (temperatura, viscosidade, densidade, pressão de vapor, composição);
Desenho isométrico das tubulações ou sistema onde a bomba irá
ser inserida (perdas de carga etc);
Conexão com flange DIN 11864 - 2
Possibilidade de automação, ou
seja, a integração a um sistema supervisório. Existem hoje bombas
dosadoras de precisão (melhor
que 2%) que possuem medição de
vazão incorporada e uma interface
para comunicação em rede PROFIBUS. Desse modo a comunicação entre os vários parâmetros da
bomba e seu sistema de supervisão é completa, possibilitando a
visualização de informações em
tempo real, permitindo maior rapidez e facilidade na interação com
os parâmetros disponibilizados.
Tipos de bombas e
suas aplicações
Pelas características de cada
processo, existem bombas que
melhor se adaptam a eles, especializando com isso as aplicações:
• Bombas centrífugas: bombeamento de xarope composto de refrigerantes, xarope simples, sucos,
leite, na cervejaria: mostura, mosto, cerveja, trub, levedura; água,
soluções de limpeza (CIP), outras
aplicações;
• Bombas centrífugas de múltiplos
estágios: bombeamento de água,
mosto quente e frio, utilização
como bomba booster, bomba para
pasteurização;
• Bombas centrífugas auto-escorvantes: bombeamento de xaropes, sucos, na cervejaria: levedu-
ra, cerveja; retorno de soluções CIP;
• Bombas helicoidais: bagaço de malte, levedura, líquidos viscosos, terra diatomácea utilizada no filtro
de xarope de refrigerantes ou filtro de cerveja;
• Bombas de lóbulos: levedura, líquidos viscosos
(caramelo de milho, extrato de malte, xarope de
açúcar) etc;
• Bombas de êmbolos rotativos: líquidos viscosos
(onde são exigidas maiores alturas de sucção e contrapressões do que a bomba de lóbulos);
• Bombas de diafragma (ar comprimido): mosto, outros fluidos que contenham sólidos em suspensão,
lodo na estação de tratamento de efluentes;
• Bombas dosadoras de pistão e membrana: dosagem
precisa de levedura, terra diatomácea, aditivos, insumos, produtos químicos, inclusive líquidos viscosos;
• Bombas peristálticas: terra diatomácea, produtos químicos;
• Bombas de vácuo: para retirar o ar presente nas
garrafas durante o processo de enchimento (pré-evacuação);
• Bombas submersas: estações de tratamento de
água e efluentes industriais.
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t
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Cuidados na instalação de uma bomba
Não só apenas a bomba deverá estar bem dimensionada, mas também toda a tubulação e seus componentes, como válvulas, tees, reduções, curvas etc.
Os cuidados devem ser redobrados, especialmente
ao utilizarmos bombas que geram grandes pressões,
como as de lóbulos, helicoidais, dosadoras de diafragma e pistão.
Mesmo quando a pressão de trabalho possa nos parecer pequena (10 a 12 bar), uma bomba dosadora,
ao ter o fluxo interrompido, pode gerar momentaneamente 30 a 40 bar, exercendo com isso uma pressão
excessivamente elevada para determinadas tubulações ou vasos, podendo levar ao seu rompimento.
19 a n o s atuando nesse segmento
a MMC-Equipamentos é especializada
no projeto e fabricação de equipamentos
em aço mon, incorporou adicionalmente
em sua linha de equipamentos para
processos, centrífugas, homogenizadores
e trocadores de calor a placas importadas
para atender de forma completa seus
clientes, fornecendo solução e não somente
equipamentos isolados.
Alguns parâmetros a serem observados:
1 - Choques de pressão: ocorrem quando a massa
de líquido que flui através da tubulação é acelerada
ou retardada (fechamento súbito de uma válvula,
partida ou desligamento de uma bomba). Se uma
válvula no final da tubulação é subitamente fechada,
a velocidade do líquido é reduzida a zero. O líquido dentro da tubulação vai tendo a sua velocidade
reduzida até atingir a bomba, com consequente aumento de pressão (com uma velocidade linear de 3
m/s, vazão de 55 m3/h e diâmetro da tubulação de
80 mm, a pressão pode chegar a 30 bar!)
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2 - Dilatação de tubulações: se
em uma tubulação reta de cerveja de 50 metros de comprimento
circulamos soda cáustica a 85°C, e
a temperatura da cerveja que nela
trafega é de 5°C, temos então uma
diferença de temperatura de 80°C.
Isso significa que para cada 10 me-
tros de tubulação, há uma dilatação de 12,8 mm; para 50 metros
de comprimento, cerca de 6 cm,
segundo a tabela a seguir:
Diferença de temperatura (°C)
60
70
80
90
Dilatação em mm para 10 metros de tubulação
9,6
11,2
12,8
14,4
- Cavitação: a cavitação surge
a partir da pequena altura de coluna de líquido, dimensionamento incorreto dos diâmetros das
tubulações na sucção da bomba
(velocidade linear muito elevada), dimensionamento incorreto
da pressão de trabalho da bomba (super-dimensionamento e o
não estrangulamento da bomba),
fluxo de líquido na sucção desfavorável, temperatura do líquido a
ser bombeado.
Em geral, a simples observação
de certas regras básicas na aqui-
sição, instalação, operação e manutenção das bombas evita uma
série de transtornos no processo e
assegura-se a qualidade do produto gerado pelo processo.
Perdas de carga geradas no
percurso - quando o líquido passa por um trocador de calor de
placas, inúmeras curvas e válvulas no percurso, contrapressão
da coluna de líquido, densidade
e viscosidade do líquido, gases
dissolvidos no líquido (como gás
carbónico), podem fazer com que
uma bomba jamais atinja o ren-
dimento desejado, prejudicando
o processo de produção e muitas
vezes também o produto.
Serviço:
Referências
1) Construção de bombas
sanitárias - EHEDG
2) Informações da empresa
Fristam
3) Informações da empresa Hilge
Matthias R. Reinold
Mestre cervejeiro - Diplom
Braumeister
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