Estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas

A implementação de estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas pode, em muitos casos, reduzir os custos energéticos do sistema de bombagem de uma fábrica até 20% e, como sabemos, este é um dos custos que mais afecta as indústrias.

Por outro lado, no sector industrial de processo, o preço de compra de uma bomba centrífuga é tipicamente 5 a 10% do custo total de propriedade, considerando a prática atual de conceção. O custo do ciclo de vida (LCC) de um sistema de bombas de 100 CV, incluindo os custos de instalação, operação, manutenção e desativação, será mais de 20 vezes superior ao preço de compra inicial.

Por conseguinte, a implementação de estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas num mercado que é implacável em termos de custos é uma consideração cada vez mais importante, pelo que se deve ter em conta que, uma vez instalada uma bomba, a sua eficiência é determinada principalmente pelas condições do processo, e os principais factores que afectam o desempenho incluem:

1. Eficiência da bomba e dos componentes do sistema.
2. Conceção global do sistema.
3. Controlo eficiente da bomba.
4. Ciclos de manutenção adequados. 

Ao procurar alcançar eficiências mecânicas de projeto, os fabricantes de bombas devem trabalhar em estreita colaboração com os utilizadores finais e os engenheiros de projeto para que todos estes factores sejam considerados ao especificar as bombas a utilizar numa instalação, uma vez que devem ir além dos custos de energia e evitar problemas futuros na instalação devido a várias perdas no sistema.

A este respeito, explicamos como conseguir um controlo eficaz do caudal das bombas centrífugas aplicando as melhores estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas, bem como efectuando uma análise específica das perdas que se verificam durante o funcionamento das bombas.

Entre as soluções que podem minimizar estas perdas de energia no sistema estão a utilização de algumas estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas, tais como

• Considerar a substituição por bombas de dimensão adequada, uma vez que as condições reais de funcionamento são muito diferentes (variação da altura ou do caudal superior a 25 % a 30%) das condições de projeto.
• Configurar o funcionamento de várias bombas em série ou em paralelo, de acordo com os requisitos da fábrica.
• Reduzir o número de bombas (quando os requisitos de pressão, altura e caudal do sistema são menores).
• Melhorar a conceção da tubagem para reduzir as perdas por fricção é uma das estratégias de eficiência energética mais importantes para as bombas centrífugas, reduzindo o número de curvas e válvulas no sistema de tubagem.
• Evitar o processo de estrangulamento para reduzir o caudal necessário.
• Encurtar ou substituir os impulsores quando a necessidade de capacidade é baixa através da utilização de accionamentos de velocidade variável.

Tipos de perdas no sistema de bombagem a evitar quando se implementam estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas

• Perda de fricção mecânica entre as partes fixas e rotativas para cada um dos componentes, que dependerá do tipo e do estado da bomba.. Para o evitar, é importante manter uma lubrificação adequada das chumaceiras e das caixas de empanque.
• Perda de fricção do disco entre o líquido e as faces rotativas exteriores dos discos do rotor. A folga axial afecta a perda de potência. Qualquer elemento de fluido em contacto com o disco rotativo será arrastado com ele, pelo menos durante uma curta distância, e durante este percurso o elemento estará necessariamente sujeito a uma força centrífuga. 

Este é o momento de fricção que criou, numa escala muito pequena, o efeito de bombagem que o impulso direto das pás do impulsor cria numa escala efectiva. Mas parece provável que, no espaço entre o disco e a caixa, a distância axial influencie os componentes de velocidade radial e tangencial. 

Se esta distância for grande, será fácil que grandes quantidades de líquido entrem na circulação secundária e roubem energia ao disco, ao passo que se a distância for pequena, a energia deverá ser menor.

• Perda de potência de fuga. Que ocorre quando o fluido com fugas é purgado da corrente principal em vários pontos, cada um com pressões diferentes, causando fugas numa região que não os anéis de vedação. As fugas através dos bucins ou dos vedantes mecânicos podem ser reduzidas através da atenção periódica a estas fugas.
• Perda de potência hidráulica. Este tipo de perda pode ocorrer tanto no rotor como no recuperador, o que é um bom sinal de que se devem procurar estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas, de modo a minimizar os custos.

A grande maioria dos sistemas de bombagem funciona longe do seu melhor ponto de eficiência (BEP). Por razões que vão desde uma conceção, especificação e aquisição míopes ou excessivamente conservadoras até décadas de alterações incrementais nas condições de funcionamento, a maioria das bombas, tubagens e válvulas de controlo são demasiado grandes ou demasiado pequenas. 

Antecipando o crescimento futuro da carga, o utilizador final, o fornecedor e os engenheiros de projeto adicionam habitualmente "margens de segurança" de 10 a 50% para garantir que a bomba e o motor podem acomodar os aumentos de capacidade previstos.

Nestas circunstâncias, a curva de capacidade de carga intersecta a curva de carga do sistema com uma capacidade muito superior ao caudal necessário, utilizando uma potência excessiva. É claro que a bomba pode ser levada de volta para a capacidade necessária e a potência é reduzida um pouco. 

Podem ser obtidas poupanças de energia significativas se, no momento da seleção das condições de serviço, forem exercidas restrições razoáveis para evitar a utilização de margens de segurança excessivas até se obter a condição de serviço nominal. Mas numa instalação existente, se as bombas tiverem margens excessivas, podem ser aplicadas outras estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas:

1. O impulsor existente pode ser cortado para satisfazer as condições de serviço exigidas para a instalação.
2. Um impulsor de substituição com o diâmetro reduzido necessário pode ser encomendado ao fabricante da bomba.
3. Em certos casos, podem existir dois modelos de impulsores diferentes para a mesma bomba, um dos quais com uma largura mais estreita do que o originalmente fornecido. Uma substituição mais estreita terá a sua melhor eficiência numa capacidade inferior à do impulsor de largura normal.

Para saber mais quanta energia pode ser poupada com um conversor de frequência Mitsubishi para controlo de bombascomo parte das estratégias para aumentar a eficiência energética das bombas centrífugas, subscrevem o Boletim informativo sobre tecnologia para a indústriaAs novas soluções disponíveis no mercado para otimizar o funcionamento da sua fábrica ser-lhe-ão apresentadas nesta newsletter.