Bombas de Jato de Água: Intensificador vs. Acionamento Direto - Qual Oferece Desempenho Superior?

Este argumento é provavelmente tão antigo quanto a própria tecnologia de bombas;

'Qual é melhor: uma bomba estilo intensificador ou de acionamento direto?'

Embora bombas intensificadoras sejam usadas por muito mais fabricantes de jato de água, não se pode ignorar os benefícios e simplicidade do design de acionamento direto, e embora existam fabricantes que fazem e oferecem ambos (Flow Corp.), a maioria dos fabricantes usa apenas bombas estilo intensificador "prontas" tipicamente projetadas e construídas por um fornecedor terceirizado (como KMT Waterjet, Accustream e American Waterjet). Adversamente, uma das marcas mais bem-sucedidas, Omax, usa apenas bombas estilo acionamento direto. Por quê? O que torna um design de bomba melhor que o outro? Por que você precisaria de um design diferente?

Neste artigo, os especialistas da Southern Fab mergulham fundo no mistério por trás do que alimenta os sistemas de corte por jato de água mais populares no mercado hoje. Descobrimos o que torna estas bombas diferentes em design, desempenho e até manutenção, revelando tanto seus pontos fortes quanto fraquezas.

Bombas Estilo Intensificador

Uma bomba estilo intensificador usa o poder da hidráulica para "intensificar" a pressão da água, geralmente na proporção de 20:1. O design começa com um motor elétrico (ou a gás/diesel) girando uma bomba hidráulica produzindo pressão de óleo hidráulico de cerca de 207 bar (3.000 PSI). Mostrado na ilustração abaixo, a pressão do óleo hidráulico é então alimentada na câmara central de um longo cilindro blindado que chamamos de "intensificador"; é lá que a pressão do óleo hidráulico move um pistão (ou "biscoito" como é apelidado) para a esquerda e direita, invertendo direção e fluxo uma vez que o pistão passa um sensor.

Preso ao pistão está um êmbolo com diâmetro 20x menor que o próprio pistão. O êmbolo trabalha em uma câmara de alta pressão separadamente selada, enquanto puxa água no ciclo de retração e então, usando a proporção 20:1, comprime a água, assim "intensificando" a pressão para 4.100 bar (60.000 PSI) ou acima. Esta ação cicla aproximadamente 1 curso por segundo (dependendo do estilo de intensificador) enviando água de alta pressão para um tanque de armazenamento chamado atenuador, que é um dispositivo destinado a suavizar os picos de pressão dos êmbolos de curso e entregar um fluxo de pressão suavizado e equalizado à cabeça de corte.

Pressões geradas em bombas estilo intensificador variam de 2.750 bar (40.000 PSI) até 6.900 bar (100.000 PSI) e, embora as pressões possam simplesmente ser aumentadas no estilo intensificador através de uma mudança na proporção do pistão para o tamanho do êmbolo e/ou na pressão do óleo hidráulico produzido, o resultado inerente é que há menos volume de água produzido conforme as pressões aumentam. Também deve ser notado que, quanto maior a pressão gerada, mais rápidos os componentes internos da bomba desgastam e falham. Estes ciclos de manutenção mais frequentes, acoplados aos custos aumentados de componentes e tempo de inatividade para reparo, fazem estas bombas de "ultra-alta pressão" ótimas no papel, mas frequentemente ficam muito aquém na praticidade. Também deve ser notado novamente que a reação de aumentar a pressão reduz o volume de água criado nestas ultra-altas pressões, reduzindo ainda mais a eficiência de corte a longo prazo.

Vantagens do Estilo Intensificador

• Pressões mais altas disponíveis até 6.900 bar (100.000 PSI)
• Pressão constante mantida
• Opera apenas quando a pressão é necessária

Desvantagens do Estilo Intensificador

• Sistema hidráulico deve ser resfriado usando 2-3x a água de corte produzida ou usando grandes sistemas de resfriamento (chillers)
• Ruído: Intensificadores são 2-3x mais altos que um sistema de acionamento direto comparável
• Eficiência reduzida pelo uso de hidráulica em aproximadamente 30-40% sobre opções de acionamento direto
• Sistemas de ultra-alta pressão têm altas taxas de falha e desgaste prematuro de 200-300 horas em consumíveis

Bombas Estilo Acionamento Direto (Direct Drive)

Bombas de acionamento direto operam de uma maneira inerentemente mais eficiente que sua contraparte, a bomba estilo intensificador, mas limitam a saída de pressão geral. O design é mais simples, requer menos peças móveis e é frequentemente referido como bomba estilo "lavadora de pressão" (pressure washer), pois operam exatamente da mesma maneira (embora as bombas de jato de água sejam de designs muito melhorados). O estilo acionamento direto também é comumente chamado de bomba estilo "virabrequim" (crankshaft), pois utiliza um "virabrequim" acionado por motor para mover 3 pistões em sucessão rápida para aspirar e pressurizar água. Dado que sempre há um dos 3 cilindros no ciclo de compressão, não há necessidade do "atenuador" para segurar e condicionar a pressão como nas bombas estilo intensificador. A pressão de água produzida é de pressão constante.

Como não há sistema hidráulico nestas bombas, não há necessidade de grandes sistemas de resfriamento de água para manter a bomba fria, apenas um pequeno chiller é recomendado para reduzir a temperatura da água de entrada para melhorar a vida de vedações e válvulas de retenção.

Vantagens

• Design Eletricamente Eficiente

• Nenhum Sistema de Resfriamento Necessário

• Operação Silenciosa

• Disponível em potências de 5 HP e monofásico para operação doméstica/hobby

Desvantagens

• Pressão Limitada (4.100 bar / 60.000 PSI máx)

• Pressão diminui com a operação, requerendo ajuste de avanço ou RPM para manter qualidade de corte

• Diminuição/Aumento de Pressão Requer Ajuste de RPM

Resumo:

Por mais diferentes que as duas tecnologias pareçam, bombas intensificadoras e de virabrequim compartilham o mesmo princípio de bombeamento: um êmbolo é empurrado para uma câmara fechada para elevar a pressão e expelir fluido através de uma válvula de retenção de saída; conforme a direção do êmbolo é invertida, fluido de baixa pressão entra na câmara através de uma válvula de retenção de entrada. Em ambos os casos, o êmbolo reciprocante continuamente fornece a ação de bombeamento. A diferença entre as duas tecnologias é simplesmente o meio pelo qual o êmbolo é movido. A bomba de acionamento direto usa um virabrequim similar ao de um motor de automóvel, enquanto o estilo intensificador aciona o êmbolo com um cilindro hidráulico, via óleo pressurizado.

Em ambos os designs de bomba, se você aumentar a potência operacional disponível, aumentará o volume de saída de água na pressão dada e isso, por si só, pode aumentar significativamente seu desempenho de corte. Como exemplo, com todos os outros fatores iguais, o seguinte se aplicaria:

*Dados de desempenho alcançados usando o software American Waterjet - Geomate™ Cut Calculator

Aumento de performance na velocidade de corte de mais de 40% é alcançado no exemplo acima simplesmente aumentando a potência, que aumenta o volume de água disponível naquela pressão. Essa ação sozinha pode não apenas aumentar velocidades de corte, mas melhorar desempenho mantendo custos operacionais e de manutenção bem dentro da razão. Adversamente, aumentar a pressão de fato resulta em velocidades aumentadas, mas reduz a quantidade de água disponível naquela pressão e, assim, reduz a eficiência geral. Além disso, estas ultra-altas pressões aumentam substancialmente o desgaste, diminuindo grandemente a vida útil dos consumíveis dos componentes do seu sistema de alta pressão.

Com qualquer design de bomba, houve grandes avanços em desempenho, eficiência e confiabilidade ao longo dos anos. Ambos os designs darão ao seu sistema de corte por jato de água desempenho por muitos anos e, embora as opções em tipo de bomba sejam exageradas, lembre-se que a maneira mais eficaz de cortar eficiente E acessivelmente em um jato de água é aumentar sua potência (HP), NÃO sua pressão.

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