Como melhorar a eficiência energética das bombas centrífugas

Quando falamos da eficiência energética das bombas centrífugas, referimo-nos simplesmente à forma como a energia mecânica pode ser convertida em energia hidráulica (caudal, velocidade e pressão). As bombas médias e grandes oferecem eficiências de 75 a 93 por cento, e mesmo as mais pequenas situam-se geralmente entre 50 e 70 por cento.

A eficiência global de uma bomba centrífuga é simplesmente a relação entre a potência da água (saída) e a potência do veio (entrada), dependendo de factores como o tamanho, a aplicação e o ambiente de funcionamento. Este rácio é expresso pela seguinte equação:

Onde:

E f = eficiência

P w = a potência da água

P s = a potência do veio

Em muitos casos, isto acontece devido a diferentes factores de segurança adicionados por diferentes pessoas envolvidas no projeto. Por exemplo, o engenheiro de projeto determina o caudal necessário como 200 galões por minuto (gpm), mas acrescenta mais 5% (210 gpm) a esta capacidade para cobrir quaisquer inconsistências de cálculo. O gestor da fábrica acrescenta então mais 10% (231 gpm até 235 gpm) como fator de segurança.

Por fim, quando fazemos o pedido ao fabricante e este revê os parâmetros de funcionamento, acaba por sugerir uma bomba de 250 gpm porque é o que tem disponível em stock, levando-nos a fazer um investimento fora dos padrões ou requisitos originais do nosso sistema, logo, o custo é mais elevado.

Com uma bomba sobredimensionada, a descarga tem de ser estrangulada para obter o caudal desejado de 200 gpm. Esta ação de estrangulamento resultará num aumento correspondente da altura da bomba e a energia adicional necessária para operar a bomba sobredimensionada é significativa.

As acções que podem reduzir os custos de energia e aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas incluem

• Substituir a bomba.
• Instalar um motor de duas velocidades.
• Adicionar uma unidade de velocidade variável.
• Modificar o impulsor da bomba.

Para além do custo energético, a bomba sobredimensionada terá provavelmente um custo mais elevado devido ao seu sobredimensionamento, pelo que deve ser acelerada para fornecer o caudal adequado. Outra alternativa é usar a accionamentos de velocidade variável em bombas centrífugas para poupar energia e evitar problemas de funcionamento dos sistemas.

O caudal acelerado fará com que a bomba funcione com uma pressão de descarga mais elevada, o que aumentará os custos de manutenção devido a:

• Erosão.
• Desgaste de anéis, empanques e vedantes mecânicos devido a requisitos de binário adicionais.
• Formação.
• Vibração.
• Ruído.

A eficiência energética das bombas centrífugas instaladas é um indicador-chave da necessidade de manutenção, e podemos utilizá-la para ajudar a prever a degradação da bomba e o seu efeito no desempenho do sistema de bombagem. É de notar que os dados de desempenho do fabricante se baseiam em testes da bomba numa oficina. 

Se a aplicação da instalação for diferente do banco de ensaios do fabricante na configuração da tubagem ou do motor principal, estas diferenças devem ser tidas em conta. A eficiência instalada pode diferir significativamente da eficiência construída. A eficiência das bombas centrífugas instaladas deve ser medida na instalação e usada como referência.

Os três parâmetros-chave para determinar o desempenho e a eficiência da instalação são a capacidade, a altura e a velocidade da bomba. Estes parâmetros podem ser facilmente medidos no terreno e utilizados para determinar a eficiência da bomba utilizando a equação:

Onde:

GPM= são galões por minuto,

TDH= é a altura total de descarga (medida em pés).

Po= é a potência hidráulica ou a quantidade de cavalos de força gerados pela bomba. 

Embora seja impossível atingir a eficiência 100%, é necessário aproximar-se o mais possível deste ponto para maximizar o desempenho da nossa fábrica. Há muitas maneiras de manter a máxima eficiência energética das bombas e sistemas centrífugos. Existem duas considerações importantes para além da seleção da bomba certa durante o processo de conceção.

Considerações para melhorar a eficiência energética das bombas centrífugas

Ter pessoal de operação e manutenção bem treinado trabalhando em conjunto para manter o equipamento nas melhores condições de funcionamento possíveis. A pessoa responsável pelo funcionamento diário de uma bomba ou sistema deve estar familiarizada com os seus parâmetros normais, nomeadamente:

• Pressão de aspiração e de descarga da bomba: Estas pressões são um indicador do desempenho da bomba.
• Fuga admissível para a junta de estanquidade rotativa ou o empanque: a fuga é necessária para vedar, arrefecer e lubrificar o veio da bomba.
• Ruído operacional normal: O ruído anormal pode indicar cavitação, desalinhamento e/ou falha da chumaceira.
• Características térmicas: Temperaturas elevadas podem indicar alinhamento incorreto, arrefecimento insuficiente e/ou aceleração excessiva.

Aplicar um programa de manutenção eficaz centrado na fiabilidade, que deve combinar os melhores aspectos dos programas de manutenção preventiva e preditiva. Tal ajudaria a evitar um programa de manutenção reativo, que não permite um planeamento adequado das tarefas de manutenção.

Qualquer que seja o programa de manutenção selecionado para a sua fábrica, este deve ser cumprido e o pessoal de manutenção deve dispor das ferramentas e dos materiais adequados para efetuar todas as reparações, o que trará grandes resultados. Recomenda-se igualmente que se tenha em conta que muitos fabricantes optaram por um sistema de inventário just-in-time. 

Isto significa que a identificação e o planeamento precoces de uma tarefa de manutenção são essenciais, pelo que, se quiser obter resultados positivos e melhorar a eficiência energética das bombas centrífugas, comece por fazer uma lista de controlo para a manutenção preventiva de bombas centrífugasporque a eficiência energética do equipamento de bombagem começa com a seleção correcta da bomba.

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