Fundamentos da Compressão: Compressores de Anel Líquido

A bomba de anel líquido é uma máquina incomum que também pode ser usada como compressor de ar ou gás. A primeira bomba de anel líquido surgiu em 1903, com uma patente concedida à Siemens-Schuckertwerke na Alemanha. A Siemens fabricou bombas de anel líquido sob a marca Elmo durante um século para diversos setores e aplicações.

Imagem descritiva do compressor de ar de anel líquido Nash, 2014.

A primeira patente americana foi registrada por Lewis H. Nash em 1910. Nash, um aprendiz de mecânico e engenheiro formado, foi um inventor prolífico. Ainda na faculdade, ele projetou um novo tipo de dispositivo para medição de água. Após a formatura, Nash foi trabalhar na National Meter Company, no Brooklyn, Nova York, onde recebeu mais de 60 patentes para hidrômetros e um número semelhante para motores a gás fabricados pela empresa. Embora fosse o engenheiro-chefe, o relacionamento de Nash com a National Meter nem sempre foi dos melhores. A empresa não processava as violações de suas patentes de motores a gás, e seus esforços eram subestimados. Muitos de seus projetos não foram impulsionados e sua autoridade era constantemente limitada.

Aos 53 anos, quando Nash concebeu a ideia de um novo tipo de bomba de vácuo, decidiu não ceder as patentes à National Meter Company. Em 1905, fundou a Nash Engineering Company (NEC) no Brooklyn para fabricar o produto por conta própria. Mas, sendo natural de Norwalk, Connecticut, em 1908 Nash transferiu a empresa para uma pequena oficina na cidade, onde fabricava bombas de ar. Após três anos de desenvolvimento e testes, patenteou seus primeiros projetos para diversas bombas de vácuo de anel líquido e compressores usados em sistemas de aquecimento a vapor e esgoto. As instalações logo se expandiram significativamente para suportar o aumento da produção desses produtos.

Um catálogo de produtos da ASME de 1914 caracterizou a NEC como fabricante exclusiva de compressores de ar e bombas de vácuo com turbina hidráulica, e forneceu uma descrição das máquinas. “A carcaça, o cabeçote e o rotor constituem todo o compressor ou bomba de vácuo. Observe a ausência de engrenagens, válvulas, peças soltas ou com movimento alternativo. O rotor gira com uma folga considerável. Todas as tensões devido à compressão são eliminadas do eixo e dos mancais, pois o ar é comprimido simultaneamente em lados opostos do rotor. A água acompanha a carcaça devido à força centrífuga. Duas vezes por revolução, a água se afasta do rotor, deixando espaços entre as pás, pelos quais o ar é aspirado pelas portas de entrada. A água então retorna ao rotor, comprimindo e liberando o ar pelas portas de saída. A simplicidade do princípio da turbina hidráulica Nash significa um compressor de ar e bomba de vácuo de alta qualidade a um preço razoável; um compressor que pode ser operado por qualquer pessoa; um compressor que funcionará continuamente em serviço 24 horas por dia com eficiência inalterada. O ar é fornecido sem pulsação. Não é necessário reservatório de ar. O espaço ocupado é menor do que o de qualquer outro compressor da mesma capacidade. Não são necessárias fundações elaboradas. Não há vibração nem ruído. Confiabilidade, durabilidade e desempenho absolutos.” A eficiência elevada e constante é garantida. O ar é completamente lavado pela água ao passar pela bomba e é fornecido totalmente livre de compostos de hidrocarbonetos devido à decomposição do lubrificante. Isso coloca a bomba em uma categoria própria para agitação de líquidos, particularmente soluções de cianeto, para exaustão de produtores de gás, para filtragem de ar comprimido e qualquer processo que exija ar limpo.

Após se formar em engenharia, os dois filhos de Nash se juntaram à empresa. Isso permitiu que Nash passasse a maior parte do tempo em seu laboratório, onde podia desenvolver suas muitas invenções e ideias. Em 1922, ele chegou a se aventurar na política, sendo eleito representante para a Assembleia Legislativa do Estado de Connecticut. Quando Nash faleceu, em 1923, a NEC já havia se tornado uma empresa próspera e consolidada.

A Nash Engineering Company começou a produzir bombas e compressores de anel líquido em 1908. A imagem mostra uma grande máquina antiga, construída para aplicações como aquecimento a vapor e sistemas de esgoto. (Imagem: Divisão Nash da Ingersoll-Rand)

A NEC desenvolveu sistemas completos de aquecimento a vapor a vácuo e sistemas de coleta de esgoto a vácuo para muitas das cidades americanas em crescimento, além de bombas de vácuo utilizadas em outros setores. Esse trabalho continuou até o início da década de 1960, quando a empresa deixou de se concentrar em aquecimento comercial e esgoto para se dedicar a máquinas industriais, como bombas de vácuo para as indústrias de papel, energia, petroquímica e processamento de alimentos. Nessa época, a unidade de Norwalk havia crescido para mais de 10.220 m² (110.000 pés quadrados) e contava com mais de 800 funcionários. Outras instalações de produção foram estabelecidas em diversos outros países. Em 1995, as operações foram transferidas para Trumbull, Connecticut .

Entretanto, em 2000, a Siemens desmembrou sua divisão de bombas e compressores de anel líquido para formar a Elmo Vacuum Technology. Em 2002, essa divisão fundiu-se com a Nash Engineering Company para formar a Nash Elmo, que foi posteriormente adquirida pela Gardner Denver em 2004. Em 2012, as operações da Nash foram transferidas para uma nova instalação em Bentleyville, Pensilvânia, onde a empresa continua a operar até hoje como uma divisão da Ingersoll-Rand.

A capacidade de pressão original do compressor de anel líquido era limitada a alguns psig. No entanto, com o tempo, as classificações de pressão de descarga foram aumentadas para 30 psig (2,1 bar) para modelos de baixa pressão, chegando a 200 psig (13,8 bar) para modelos de alta pressão. Sistemas de anel líquido multiestágio também foram construídos, empregando dois estágios de compressão em um eixo comum. As unidades modernas são construídas para vazões de entrada que variam de cerca de 30 cfm (0,8 m³/min) a 9400 cfm (266 m³/min) ou mais. Os compressores têm sido fabricados em aço inoxidável, ferro fundido dúctil e outros materiais para compatibilidade com gases sujos, tóxicos, explosivos e corrosivos.