BR102014012662A2 - câmara isolada para bombeamento de fluidos e gases - Google Patents

Abstract

câmara isolada para bombeamento de fluidos e gases. a presente invenção trata de uma nova câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral, a qual compreende uma carcaça rígida (1) com base (2) e cúpula (3), provida de conectores de entrada (4) e de saída (5) de fluido posicionados em série, sendo dita câmara provida de respectivas válvulas unidirecionais (6, 7). dita câmara compreende uma membrana impermeável (8) que a divide em dois compartimentos, sendo um compartimento (9) por onde circula o fluido iíquido ou gasoso que está sendo bombeado, e outro compartimento (10) dotado de um conector (11) por onde circula gás ou iíquido de acionamento proveniente de um acionador externo (não mostrado).

Description

“CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES” Campo da Invenção [0001] A presente invenção trata de uma nova câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral. A câmara isolada da presente invenção compreende duas partes, sendo uma parte ativa responsável pelo bombeamento propriamente dito, e uma parte passiva que efetivamente entra em contato com o líquido ou gás que está sendo bombeado e recebe energia da parte ativa. [0002] A câmara segundo a presente invenção pode ser aplicada nas mais diversas situações, como dispositivo de bombeamento que, dentre outros efeitos vantajosos, permite uma total renovação do líquido ou gás bombeado dentro do compartimento interno, evitando problemas de estagnação ou acúmulo de resíduos no interior do compartimento da câmara; aumenta a eficiência na redução das oscilações; pode ser descartável devido seu baixíssimo custo, caso necessário transportar líquidos diferentes em uma mesma linha de bombeamento.

Histórico da Invenção [0003] Dentre os tipos de bombas reconhecidas no mercado consumidor para atuar nas mais diversas demandas de transporte de fluidos, destacam-se as abaixo comentadas.

Bomba centrífuga ou de rotor: [0004] A bomba centrífuga ou de rotor consiste em um rotor instalado no interior de uma câmara fechada, a qual possui um orifício de entrada e um orifício de saída. O orifício de entrada geralmente é axial ao rotor e o de saída é lateral. O funcionamento desse tipo de bomba é baseado na rotação de um rotor que fica em contato direto com o fluido que está sendo bombeado, o qual impulsiona o líquido através da força centrífuga gerada pela rotação. Este tipo de bomba apresenta vários inconvenientes, destacando-se: (i) como o mecanismo está em contato direto com o fluido, pode sofrer corrosão ou emperrar em caso de líquido muito viscoso ou carregue partículas em suspensão, o que acarreta em alto índice de manutenção e custos de reparo para troca das mais variadas peças; (ii) geralmente, esse tipo de bomba não funciona bem na presença de ar que, além de prejudicar o bombeamento, pode gerar cavitação, trazendo sérios danos ao rotor; (iii) pela natureza do sistema, esse tipo de bomba necessita trabalhar em altas rotações e, portanto, requer motores de alta potência para gerar um bombeamento efetivo, revelando-se como bomba de baixa eficiência energética e alto consumo de energia; e (iv) devido à alta rotação, em caso de oclusão da linha de saída, o fluido fica parado dentro do rotor, o que pode levar ao aquecimento e queima do motor. Bomba de rolete ou de mangueira: [0005] Esse tipo de bomba consiste em um sistema rotor com roletes que esmaga uma mangueira por onde passa o fluido a ser bombeado. Esse sistema tem a vantagem de que o fluido não entra em contato com o mecanismo de bombeamento e, portanto, o índice de manutenção é menor do que nas bombas centrífugas. Mesmo assim, esse tipo de bomba apresenta outros problemas relacionados com sua estrutura e funcionamento: (i) a mangueira deve ser substituída com frequência, pois o atrito do rolete com a mangueira provoca um rápido desgaste da mesma; (ii) esse referido atrito com a mangueira, requer que o motor desse tipo de bomba seja muito potente, o que diminui a eficiência energética da bomba; (iii) devido à construção robusta requerida para o seu bom funcionamento, a construção desse tipo de bomba torna-se muito cara; (iv) como o sistema funciona esmagando a mangueira para impulsionar o fluido, a viscosidade afeta diretamente a força/rendimento do motor necessária para impulsionar o fluido; (v) esse tipo de bomba não é recomendado para bombeamento de fluidos que carreguem partículas em suspensão, pois elas danificam o sistema mecânico e/ou a mangueira, causando vazamentos; (vi) uma vez que a cada rotação a bomba impulsiona somente o volume contido dentro da mangueira na seção em contato com os roletes, e devido ao atrito, não é possível trabalhar em altas rotações, limitando o fluxo da bomba; (vii) em caso de oclusão da linha de saída, o rompimento da tubulação é inevitável.

Bomba de pistão: [0006] A bomba de pistão consiste em um sistema com um ou dois pistões dotados de válvulas unidirecionais de entrada e saída, que através do movimento vertical alternado dos pistões aspira e injeta ciclicamente o volume de fluido contido dentro do pistão. Esse tipo de bomba possui os seguintes inconvenientes: (i) gera um fluxo pulsátil na linha, o que muitas vezes não é adequado para tubulações rígidas, pois gerar vibrações que podem levar a danos à tubulação, além da intermitência do fluxo; (ii) devido à necessidade de boa vedação entre o pistão e o cilindro, esse sistema apresenta um alto atrito das partes, o que além de exigir motores bastante potentes se caracteriza como um sistema de baixa eficiência energética devido às perdas causadas pelo atrito; (iii) ainda, pela necessidade de uma boa vedação, o sistema não deve ser usado com fluidos carregando partículas em suspensão, pois tal fato leva a um desgaste prematuro do cilindro, gerando vazamentos; (iv) fluidos viscosos também podem gerar problemas por depósito na parede do cilindro, aumentando o atrito ou até mesmo impedindo o movimento do pistão, acarretando em sérios danos ao mecanismo e ao motor; (v) como o fluido entra em contato direto com o pistão e o cilindro, esse tipo de bomba não é recomendado para transporte de fluidos corrosivos ou abrasivos, os quais evidentemente danificam o sistema; (vi) em geral, trata-se de sistema robusto e, portanto, de alto custo de fabricação.

Bomba de membrana: [0007] A bomba de membrana possui um sistema muito próximo daquela da bomba de pistão. Porém, ao invés de um pistão correndo dentro de um cilindro, existe uma membrana que se deforma de modo a aspirar e injetar o fluido de dentro de uma câmara, através de válvulas unidirecionais de entrada e saída. De todas as bombas acima citadas, essa é a que apresenta a maior eficiência energética, pois suas partes praticamente não são submetidas a atrito. Outra vantagem é que, como a membrana é flexível, pode-se trabalhar com fluidos viscosos ou mesmo carregando partículas em suspensão. Não obstante, deve ser observado que a membrana ou as válvulas podem ser danificadas requerendo uma necessária manutenção do sistema. Outros problemas se somam: (i) o fluido entrando em contato com o interior da câmara, onde se encontra a membrana e as válvulas, não é recomendada sua utilização com tipos diferentes de fluidos, pois um pode contaminar o outro; (ii) devido o formato da membrana, da câmara e das válvulas, quando bombeando fluidos viscosos ou com partículas em suspensão, haverá acúmulo de resíduos no interior da câmara levando à redução do volume interno útil e aumentando o esforço do motor, o que gera danos ao longo do tempo; (iii) o fluxo desse tipo de bomba é pulsátil, o que gera problemas em tubulações rígidas.

Amortecedor hidráulico: [0008] Visando solucionar os problemas causados pelas bombas pulsáteis nas linhas de tubulações rígidas de bombeamento conforme acima descritas, o mercado oferece um tipo de amortecedor hidráulico que compreende uma câmara possuindo dois compartimentos divididos por uma membrana. De um lado da membrana circula o líquido e do outro lado que é hermeticamente fechado, está contido ar ou gás. Esse tipo de amortecedor hidráulico pode ser acoplado na linha de saída da bomba para reduzir as variações de fluxo e pressão causadas pelo fluxo pulsátil, tornando-o praticamente contínuo. Entretanto, dito amortecedor hidráulico possui os seguintes inconvenientes: (i) pelo seu formato, sendo utilizado com fluidos viscosos ou carregando partículas em suspensão, ocorre acúmulo de resíduos uma vez que não há uma boa renovação do líquido contido no seu interior, e isto reduz a eficiência do sistema ao longo do tempo; como não há uma boa renovação do conteúdo da câmara, seu uso não é recomendado quando há necessidade de bombeamento de fluidos diferentes em uma mesma linha, pois um irá contaminar o outro. [0009] Assim, considerando todos os problemas e inconvenientes resultantes dos tipos de bombas mais usuais existentes no estado da técnica, é o objetivo da presente invenção proporcionar uma câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral que seja efetiva e durável na sua utilização e de baixo custo na sua fabricação.

Breve Descrição das Figuras [0010] A presente invenção será a seguir descrita em referência às figuras em anexo, que de uma forma esquemática e não limitativa de seu escopo, representam: - A Figura 1 ilustra uma vista em corte esquemática da câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral de acordo com a presente invenção; - A Figura 2 ilustra o esquema de funcionamento básico da câmara segundo a presente invenção; - A Figura 3 ilustra uma vista em corte esquemática de uma primeira forma variante da câmara segundo a presente invenção; - A Figura 4 ilustra uma vista em corte esquemática de uma segunda forma variante da câmara segundo a presente invenção; - A Figura 5 ilustra uma vista esquemática de outra forma variantes da câmara segundo a presente invenção; - As Figuras 6 e 7 ilustram, respectivamente, em vista frontal, perspectiva e superior, de uma forma preferencial da membrana da câmara de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [0011] A câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral de acordo com a presente invenção, conforme ilustrada na Figura 1, compreende uma carcaça rígida (1) com base (2) e cúpula (3), preferencialmente com paredes externas côncavas, provida de conectores de entrada (4) e de saída (5) de fluido posicionados em série, sendo ainda dita câmara provida de respectivas válvulas unidirecionais (6, 7), preferencialmente do tipo “cartwheel”.

Internamente, a câmara da presente invenção compreende uma membrana impermeável (8) que a divide em dois compartimentos, sendo um compartimento (9) por onde circula o fluido líquido ou gasoso que está sendo bombeado, e outro compartimento (10) dotado de um conector (11) por onde circula gás ou líquido de acionamento proveniente de um acionador externo (não mostrado), que pode ser uma bomba reciprocante de pistão, uma bomba de membrana, ou outro tipo com acionamento mecânico, elétrico, pneumático, hidráulico ou manual, ou mesmo um sistema de ar comprimido/vácuo, acionado por válvulas. [0012] A Figura 2 ilustra o esquema de funcionamento da câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral de acordo com a presente invenção. Quando a bomba externa (reciprocante) aspira o ar ou líquido do compartimento (9) interno, a membrana (8) se expande, gerando pressão negativa no seu interior. Com isso, a válvula de saída (7) fecha e a de entrada (6) se abre, permitindo a entrada do líquido ou gás no interior do compartimento (9) interno. No ciclo seguinte, a bomba externa (reciprocante) injeta líquido ou gás no compartimento (10) externo, gerando pressão positiva no seu interior. Com isso, a válvula de entrada (6) se fecha e a de saída (7) se abre, permitindo a saída do líquido ou gás contido no interior do compartimento (9) interno. Esse sistema traz várias vantagens em relação aos sistemas atuais: - o acionamento do sistema pode ser feito de várias maneiras diferentes, entre elas por bombas reciprocantes de pistão, membrana, ou outro tipo, com acionamento mecânico, elétrico, pneumático, hidráulico ou manual, ou um sistema de ar comprimido/vácuo, acionado por válvulas; - o sistema é totalmente isolado do mecanismo atuador, portanto, não há desgaste da bomba e não há necessidade de válvulas no mecanismo acionador, pois a câmara já tem as válvulas necessárias; - o sistema atuador só precisa injetar e aspirar alternadamente um volume determinado de líquido ou gás que fica contido dentro de um circuito fechado estabelecido entre o compartimento externo da câmara e o compartimento da bomba acionadora; - devido ao formato fusiforme da membrana e à disposição em série das válvulas unidirecionais do tipo “cartwheel”, a renovação do líquido ou gás bombeado dentro do compartimento interno é total, não havendo problemas de estagnação ou acúmulo de resíduos no interior do compartimento da câmara ou nas válvulas; - como não há partes móveis, engrenagens, anéis de vedação ou pistões no sistema, não há atrito a ser vencido pelo sistema acionador, portanto, o aproveitamento da energia fornecida pelo sistema acionador é total; - sendo a pressão na linha a única resistência ao fluxo, o motor do sistema acionador pode ser dimensionado para vencer apenas essa pressão, viabilizando a utilização da câmara em situações diferentes, bastando apenas trocar o sistema acionador por um mais adequado à necessidade da situação em questão; - como a câmara é isolada, e de construção muito simples, pode ser fabricada com materiais de baixo custo e ser utilizada como uma peça de reposição periódica ou descartável; - como sistema acionador como não entra em contato com o líquido ou gás sendo bombeado, não sofre desgaste e reduz significativamente o custo de manutenção do sistema; - sendo objetivado o bombeamento de líquidos ou gases diferentes, não existe necessidade de se trocar o sistema acionador, podendo ser trocado apenas a câmara descartável. Essa possibilidade reduz muito o custo total do sistema, pois não é necessário ter uma bomba para cada tipo de líquido ou gás, mas apenas um único sistema acionador e várias câmaras descartáveis; - por ser um sistema isolado, sem partes móveis, engrenagens, anéis de vedação ou pistões, dependendo do material com o qual a câmara e a membrana forem confeccionadas, pode ser utilizado com gases ou líquidos viscosos, corrosivos, abrasivos ou com partículas em suspensão. [0013] Evidentemente, por se tratar de um sistema pulsátil, poderão ocorrer necessidades de adaptação para certas aplicações. Neste caso, será admirado pelos versados na arte uma outra configuração da câmara objeto da presente invenção, por exemplo, aquela variante ilustrada na Figura 3 que não incorpora as válvulas unidirecionais (6, 7) nem o conector (11) do compartimento (10) externo. Nessa configuração, a câmara da presente invenção atua como um excelente amortecedor hidráulico, pois nesse caso, o ar ou gás fica confinado dentro do dito compartimento (10) externo e, sendo assim, quando a pressão na linha de saída aumenta, a membrana se expande para acomodar o volume adicional de líquido ou gás. Essa conformação gera então uma pressão no compartimento (10) externo, devido à compressão do ar. Quando a pressão na linha de saída diminui, a pressão no compartimento (10) externo comprime a membrana (8), expulsando o líquido ou gás de dentro do compartimento (9) da câmara. Isto reduz as oscilações de pressão e torna o fluxo praticamente contínuo na saída da câmara. [0014] Nessa conformação, a câmara objeto da presente invenção apresenta as seguintes vantagens em relação aos amortecedores atuais: - devido ao formato fusiforme da membrana e ao fluxo axial através da mesma, a renovação do líquido ou gás bombeado, dentro do compartimento interno, é total, não havendo problemas de estagnação ou acúmulo de resíduos no interior do compartimento da câmara ou nas válvulas; - a eficiência na redução das oscilações é muito maior do que nos sistema atuais, permitindo o uso de câmaras menores com a mesma eficiência; - como a câmara pode ser descartável, basta trocá-la se for necessário bombear líquidos diferentes. [0015] Adicionalmente, sendo necessária a redução de oscilações na linha de entrada da bomba, pode-se usar outra variante da câmara segundo a presente invenção, conforme ilustrado na Figura 4, a qual atua como amortecedor hidráulico no caso de pressão negativa. Essa variante possui os mesmos elementos que aquela da Figura 3, porém o formato da membrana é alongado para cima em forma de foguete (30). Em funcionamento, quando a pressão negativa na saída da câmara aumenta, a membrana (8) se contrai, expulsando o líquido ou gás contido no compartimento (9) interior da câmara e gerando pressão negativa dentro do compartimento (10) externo, devido à descompressão do ar ou gás contido no seu interior. Quando a pressão negativa na saída diminui, a pressão negativa dentro do compartimento (10) externo faz com que a membrana (8) se expanda, aspirando líquido ou gás para dentro do compartimento (9) interno da câmara. Isso reduz as flutuações de pressão na linha de entrada da bomba e mantém o fluxo praticamente contínuo. [0016] Esses três formatos da câmara isolada para bombeamento de fluidos em geral segundo a presente invenção poderão ser conjugados de diversas formas para atender aos mais variados propósitos. Assim, a câmara poderá assumir as configurações ilustradas nas Figuras 5A, 5B e 5C quando, respectivamente, for utilizada como câmara com amortecedor na saída, câmara com amortecedor na entrada e câmara com amortecedor na entrada e saída. [0017] Adicionalmente, a presente invenção também se refere a uma membrana (8) com configuração ilustrada na Figura 6 adequada para ser instalada no interior da câmara isolada (1). Verifica-se nessa figura que a membrana (8) compreende uma base circular (21) com aba (22) para adaptação na cúpula (3), de onde se projeta para cima em corpo (23) que se estreita formando reentrâncias (24) e arestas (25) verticais alternadas até sua extremidade superior (26) onde é dotado de aba (27) para adaptação na extremidade oposta da dita cúpula (3). [0018] A membrana (8) deve ser tal que se encaixa perfeitamente no interior da cúpula (3) de forma fixa e hermética, sendo confeccionada em material completamente impermeável. Referida membrana poderá ser, obviamente, empregada em outros tipos de cúpula diferentes, dependendo apenas de aspectos relacionados a projetos e usos específicos, razão pela qual poderá assumir formatos diversos, desde que sejam preservadas suas características intrínsecas específicas, conforme aqui definidas. [0019] Ainda, a presente invenção se refere a uma forma variante da membrana (8), conforme ilustrada na Figura 7. Nessa conformação, dita membrana também possui base circular com aba (22) e extremidade superior dotada de aba (27) de modo a ser encaixada perfeitamente no interior da cúpula (3), de forma fixa e hermética. Porém, dita membrana possui um perfil geral que se alonga para cima em forma de foguete (30).

Claims (8)

1. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, caracterizada pelo fato de compreender compreende uma carcaça rígida (1) com base (2) e cúpula (3), provida de conectores de entrada (4) e de saída (5) de fluido posicionados em série, sendo dita câmara provida de respectivas válvulas unidirecionais (6, 7), internamente dita câmara compreendendo uma membrana impermeável (8) que a divide em dois compartimentos, sendo um compartimento (9) por onde circula o fluido líquido ou gasoso que está sendo bombeado, e outro compartimento (10) dotado de um conector (11) por onde circula gás ou líquido de acionamento proveniente de um acionador externo (não mostrado).

2. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o acionador externo é uma bomba reciprocante de pistão, uma bomba de membrana, ou outro tipo com acionamento mecânico, elétrico, pneumático, hidráulico ou manual, ou mesmo um sistema de ar comprimido/vácuo, acionado por válvulas.

3. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as válvulas unidirecionais (6, 7) são do tipo “cartwheel”.

4. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que não incorpora as válvulas unidirecionais (6, 7) nem o conector (ii) do compartimento (10) externo.

5. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a membrana (8) possui formato alongado em forma de foguete (30).

6. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a membrana (8) possui base circular (21) com aba (22) de fixação, de onde se projeta para cima em corpo (23) que se estreita formando reentrâncias (24) e arestas (25) verticais alternadas até sua extremidade superior (26), onde é dotado de aba (27) para fixação de sua extremidade oposta.

7. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que dita membrana (8) se encaixa perfeitamente no interior da cúpula (3) de forma fixa e hermética.

8. CÂMARA ISOLADA PARA BOMBEAMENTO DE FLUIDOS E GASES, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que dita membrana (8) compreende um formato que se alonga para cima em forma de foguete (30).