A velocidade variável é uma solução mágica para bombas? Parte 2 de 2

Jul 13, 2023

Nota do autor: na parte 1 desta série na edição de maio de 2021 da Pumps & Systems, mencionei erroneamente que, ao usar as leis de afinidade, você também poderia pensar nas mudanças como um fator de 4 para cabeça e um fator de 8 para potência . Essas afirmações são verdadeiras apenas se a velocidade estiver sendo dobrada (ou reduzida pela metade). A versão online foi corrigida e pode ser encontrada em pumpsandsystems.com/author/jim-elsey.

A forma (geometria) de uma curva de bomba é quase inteiramente uma função da forma física do impulsor, alteração do ângulo do caminho do fluxo, relação do diâmetro (geral para o olho), sobreposição das palhetas, ângulos das palhetas e número de palhetas. Todas essas coisas são, em essência, a velocidade específica (Ns) do impulsor.

Uma bomba operará onde sua curva de desempenho cruza a curva do sistema ou, inversamente, a curva do sistema determina onde a bomba opera em sua curva. As curvas da bomba são normalmente descritas (por sua inclinação/forma) como "planas" ou "crescentes" e, às vezes, como "aumentadas acentuadamente".

A curva plana da bomba resultará caracteristicamente em uma grande alteração na taxa de fluxo para uma pequena alteração na altura manométrica do sistema, e uma forma de curva da bomba que é íngreme (crescente) terá uma pequena alteração na taxa de vazão para uma grande alteração na altura manométrica do sistema. Essas características acima, quando plotadas com a curva do sistema, funcionarão como um grande benefício ou como uma diluição de seus esforços de economia de energia.

Uma curva do sistema representa todas as restrições, a soma das alterações de elevação e o atrito total no sistema para toda a gama de vazões projetadas. A curva de resistência do sistema é composta por quatro fatores de carga: carga estática, carga de pressão, carga de fricção e carga de velocidade. Podemos descartar a cabeça de velocidade devido ao efeito minúsculo.

Altura estática é a distância vertical que o líquido é necessário para ser movido pela bomba. Embora estejamos normalmente preocupados com altura estática positiva, ela também pode ser negativa (sim, bombeando ladeira abaixo) e esses casos podem ser problemáticos porque moverá a interseção da curva de atrito do sistema com a curva da bomba mais para a direita.

Cabeça de pressão é a pressão que a bomba precisa superar para mover o líquido para um recipiente, como uma caldeira ou reator. A pressão em libras por polegada quadrada (psi) necessária para superar a resistência ao fluxo é simplesmente convertida em altura manométrica. Por último, mas não menos importante, está a cabeça de fricção. A cabeça de fricção muda com a taxa de fluxo e varia pelo quadrado da velocidade do líquido (consulte a fórmula de Darcy-Weisbach). Ou, simplesmente: o atrito aumenta exponencialmente com o aumento das taxas de fluxo.

As curvas do sistema realmente não são entidades estáticas, apesar do que vários procedimentos de cálculo e projeto podem fazer você acreditar. Os níveis mudarão com o processo, bem como a pressão (se aplicável) e o componente de fricção mudará à medida que as válvulas de controle mudarem de posição. Além disso, os componentes do sistema e a tubulação ficarão mais restritos com a idade, incrustações e corrosão.

A forma final da curva do sistema terá um grande efeito na viabilidade e na sua decisão de incorporar um inversor de frequência (VFD). As curvas do sistema são normalmente classificadas como "dominadas por fricção" ou "dominadas por carga estática", mas você também pode ter combinações de ambas.

Os VFDs funcionarão bem onde a curva da bomba tiver uma forma ascendente e a curva do sistema for dominada pelo atrito. Quanto mais plana for a curva do sistema (cabeça estática dominada) e quanto mais plana for a curva da bomba, menos eficaz será o sistema VFD. Normalmente, quanto mais íngreme a curva da bomba, maior o potencial de economia de energia, mas a análise é necessária para precisão. Só porque a curva é plana não significa que o retorno sobre o investimento não funcione.

Três categorias principais de sistemas que podem ser adequados/aplicáveis ​​a VFDs são:

Quando a curva do sistema é dominada pelo atrito, a redução da velocidade fará com que os pontos de operação da bomba (seguindo a curva do sistema) sigam a inclinação do ponto de melhor eficiência (BEP) para a bomba, pois a potência, a vazão e a altura manométrica também diminuem. Quando a curva é plana (cabeça estática dominada), a bomba move-se rapidamente para fora do BEP e da faixa operacional permitida (AOR) à medida que a velocidade diminui. Você também pode se aproximar do fluxo estável mínimo contínuo (MCSF) no lado esquerdo da curva. Os limites do lado direito da curva são abordados rapidamente na pequena faixa de operação oferecida.