Princípio de Funcionamento e Aplicações das Bombas de Engrenagem Interna

Princípio de Engrenamento: Como Funciona uma Bomba de Engrenagem Interna

Uma bomba de engrenagem interna é composta por uma engrenagem motora (engrenagem de dentes externos, posicionada no interior) e uma engrenagem movida (engrenagem de dentes internos, posicionada no exterior) . As duas engrenagens giram na mesma direção, com as pontas dos dentes vedando-se mutuamente num ponto de contato para separar o lado de sucção do lado de descarga.

Existem duas principais arquiteturas de bombas de engrenagem interna. O tipo em forma de lua crescente utiliza uma placa divisória em forma de lua crescente entre as pontas dos dentes para evitar vazamentos entre as pontas da engrenagem motora e da engrenagem movida. O tipo sem lua crescente, por sua vez, baseia-se no contato direto entre as partes das pontas dos dentes de ambas as engrenagens num único ponto para separar as seções de sucção e descarga, com uma folga muito pequena prevista na prática para evitar travamento .

O design sem crescente oferece uma vantagem-chave em eficiência: como o volume entre os dentes das engrenagens motora e movida é maior, a bomba pode alcançar um deslocamento teórico maior quando a largura dos dentes, o diâmetro externo da engrenagem motora e o diâmetro externo da engrenagem movida são idênticos aos de uma bomba do tipo crescente. Alternativamente, com o mesmo deslocamento, o diâmetro externo da engrenagem movida pode ser menor, o que reduz o torque de atrito causado pelo cisalhamento de óleo viscoso nas partes deslizantes das engrenagens e melhora a eficiência mecânica — uma razão principal pela qual esse tipo é amplamente utilizado nas transmissões automáticas automotivas, incluindo CVTs .

Cálculo de Deslocamento para Iniciantes

Existem duas abordagens fundamentais para calcular a cilindrada de uma bomba de engrenagens internas. O método geométrico calcula o volume do espaço delimitado pelos dentes das engrenagens motora e movida. O método de torque teórico primeiro calcula o torque teórico da bomba e, em seguida, deduz a cilindrada com base no princípio de que a energia hidráulica fornecida ao óleo equivale à potência necessária para acionar o eixo da bomba (desprezando as perdas de energia). .

Para iniciantes, o cálculo prático de vazão é:

Q = Vd × N

em que Q é a vazão volumétrica, Vd é o volume de deslocamento por rotação e N é a velocidade de rotação. .

O método teórico de deslocamento historicamente tem sido difícil de aplicar com precisão, pois exige a integração do volume entre os dentes das engrenagens em cada variação mínima do ângulo de rotação — o que requer desenhos das engrenagens para cada posição rotacional. Ferramentas CAD tornaram isso mais prático, mas o cálculo teórico preciso do torque continua sendo valioso, pois evita a complexidade da integração volumétrica minuto a minuto. .

Na prática, o deslocamento da bomba de engrenagens correlaciona-se com o quadrado do módulo da engrenagem. Sob a premissa de diâmetro constante do círculo primitivo, um módulo maior produz maior deslocamento da bomba. .

Limites de Pressão de Sucção

O desempenho de sucção afeta diretamente se uma bomba pode operar de forma confiável sem cavitação. Para bombas de engrenagens internas, aplicam-se os seguintes limites:

Limite geral para bombas de engrenagens: a altura real de sucção não deve exceder 0,5 m.

Limite específico da série NBL: A altura de autoescorvamento não deve exceder 500 mm, equivalente a um vácuo na entrada de no máximo 0,03 MPa (0,3 bar). Se for utilizada uma alimentação forçada, a pressão de alimentação não deve exceder 0,5 MPa; caso contrário, deve ser utilizada uma vedação de óleo resistente à pressão .

Referência da série Rexroth PGH: Pressão mínima de sucção (sem carga) é de 0,8 bar; pressão máxima de sucção (sem carga) é de 2 bar .

Ultrapassar esses limites acarreta risco de cavitação, o que provoca precipitação de gás, vaporização do óleo, ruído e desgaste acelerado das superfícies internas .

Diagnóstico típico de falhas

Sucção insuficiente ou inexistente

As causas comuns incluem: rotor interno não girando (verificar o sistema de acionamento — engrenagem sem-fim, roda dentada ou engrenagem, parafusos de fixação ou pinos de localização do rotor interno quanto a folga); direção de rotação incompatível com a máquina motriz, causando inversão das portas de entrada e saída; obstrução da tubulação de descarga; filtro de entrada entupido; desgaste acentuado dos rotores interno e externo, impedindo a formação de cavidades fechadas; extremidade da tubulação de entrada em contato com o fundo do reservatório de óleo; entrada de ar na sucção da bomba; ou nível de óleo muito baixo .

Grande flutuação de pressão

Isso ocorre frequentemente devido a: erro excessivo de excentricidade ou folga excessiva entre o rotor externo e o corpo da bomba (o erro de excentricidade deve estar dentro de ±0,02 mm; a folga entre o rotor externo e o corpo da bomba deve estar entre 0,04–0,06 mm); precisão inadequada do perfil dos dentes dos rotores interno e externo (comum em rotores moldados por metalurgia do pó); desvio radial e axial excessivo; folga lateral excessiva entre os dentes (deve estar dentro de 0,07 mm); ou presença de ar misturado à bomba .

Pressão não aumenta

Verificar: entrada de ar na sucção da bomba; velocidade muito baixa do rotor interno (inspecionar a conexão de transmissão de potência do eixo principal para o rotor interno quanto a folga ou deslizamento); obstrução parcial da porta de sucção; ou engrenagem sem-fim/roda dentada ou engrenagem mal acopladas, causando flutuação na velocidade do rotor interno .

Barulho Excessivo

As causas incluem: nível baixo de óleo provocando ingestão de ar ou obstrução parcial da tela do filtro causando sucção insuficiente; desgaste severo dos componentes; ou alteração na posição do ponto de engrenamento da transmissão de potência da bomba .

Vazamento Externo de Óleo

Verificar: parafusos de fixação do corpo da bomba ou conectores soltos; selos danificados; vedação inadequada da flange da porta de descarga; ou corpo ou tampa da bomba deformados/danificados .

Notas sobre Seleção da Série NBL

A série NBL é uma bomba de engrenagem interna conjugada com dentes retos, projetada para desempenho confiável de autoescorvamento. Principais considerações para seleção por iniciantes:

Deslocamento e velocidade: Ajuste o deslocamento da bomba às exigências de caudal do sistema à velocidade de operação pretendida. As bombas de engrenagens internas normalmente fornecem um caudal suave com baixa pulsação, tornando-as adequadas para aplicações que exigem uma saída estável.

Configuração de aspiração: A série NBL requer uma altura de autoescorvamento ≤ 500 mm (vácuo na entrada ≤ 0,03 MPa). Se for utilizada alimentação forçada, a pressão não deve exceder 0,5 MPa sem atualização para uma vedação de óleo resistente à pressão. .

Montagem e eixo: Verifique se o tipo de flange (padrão SAE ou ISO) e a especificação do eixo (com chaveta ou estriado) são compatíveis com o seu sistema. Interfaces de montagem padrão SAE e ISO estão disponíveis nas bombas de engrenagens internas da série QT e similares. .

Adequação à aplicação: As bombas de engrenagens internas oferecem vantagens em desempenho a altas velocidades, baixo ruído e pequena pulsação de caudal, mas apresentam perfis dentários complexos e custo de fabricação mais elevado do que as bombas de engrenagens externas. são preferidas em situações onde se exige funcionamento suave e operação silenciosa.

Principais Conclusões para Iniciantes

Bombas de engrenagens internas fornecem um fluxo suave e com baixa pulsação, vedando os lados de sucção e de descarga num ponto de contato entre as pontas dos dentes da engrenagem motora e da engrenagem movida. O deslocamento é melhor calculado mediante princípios teóricos de torque para garantir precisão, sendo o fluxo prático dado por Q = Vd × N. Os limites de sucção são rigorosos — tipicamente 0,5 m de altura de autoescorvamento e vácuo de admissão de 0,03 MPa para bombas da série NBL. A maioria das falhas em campo resulta de entrada de ar, sentido incorreto de rotação, telas de entrada contaminadas ou desgaste excessivo nas folgas do rotor. Ao selecionar bombas das séries QT ou NBL, verifique o deslocamento, a pressão nominal, a faixa de velocidade, a configuração de sucção e a interface de montagem em conformidade com os requisitos do seu sistema.