Bombas: 85% do total dos custos operacionais é a energia
O mundo industrial usa bombas em todo o lado. Estima-se que 10% da energia global é consumida por bombas de diversos tipos, por isso é o melhor sítio onde se devem concentrar para enfrentar o desafio central de poupar energia.
As bombas centrífugas (que usam um rotor ou impulsor) são muito comuns e relativamente económicas; por esta razão, são amplamente usadas no setor de alimentação e bebidas, em particular para fluxos de baixa viscosidade: receção do leite, pasteurização, tratamento assético/UHT, sumos, CIP e filtração. Mas pode ser uma surpresa saber que 85% do custo total de propriedade para uma bomba centrífuga de preço acessível vai para o consumo de energia. Podemos mostrar como transformar isto numa vantagem.
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Melhorar o desempenho, a vida útil do equipamento e a sustentabilidade.
Poupanças significativas por usar um acionamento de frequência variável
Muitas linhas de alimentos e bebidas exigem bombas que operem com fluxos diferentes para corresponder aos parâmetros do processo, assim como a receitas ou ingredientes específicos. Se já usam um sistema de acelerador, basta fechar uma válvula para restringir o fluxo.
Mas isto tem duas consequências negativas. A primeira é que aumenta a contrapressão na bomba – o que gera calor e potencialmente pode causar a degradação do produto ou desgaste nas peças da bomba, como os vedantes mecânicos. A segunda é uma operação pouco eficiente, o que pode causar danos na bomba.
A boa notícia é que nós temos um roteiro para poupanças de energia enormes ao simplesmente emparelhar a bomba com um acionamento de frequência variável ou um conversor de frequência. Ao variar a frequência elétrica de admissão, altera também a velocidade da bomba. Esta solução permite usar uma bomba eficientemente para manusear uma variedade de líquidos com viscosidade, pressões manométricas e fluxos diferentes.
Comparação destes dois métodos de controlo de processos na tabela. Se for assumido um fluxo de 70 m³/hora com as bombas na capacidade total e são consumidos 26 kW de energia, os dois sistemas são idênticos, mas para reduzir o fluxo para 60% da capacidade, o sistema do acelerador continuaria a consumir 21 kW de energia; o sistema de acionamento de frequência variável consumiria apenas 9 kW. O acionamento de frequência variável é um investimento pequeno que poupa muito dinheiro.
| Fluxo (m3/h) | % de fluxo | Sistemas de estrangulamento | Sistemas VFD |
|---|---|---|---|
| 70 | 100% | 26 kW | 26 kW |
| 56 | 80% | 23 kW | 16 kW |
| 42 | 60% | 21 kW | 9 kW |
| 35 | 50% | 20 kW | 6 kW |
Um acionamento de frequência variável mantém a bomba “na zona” – o que melhora o desempenho, a vida útil dos equipamentos e a sustentabilidade.
Escolher a bomba certa desde o início significa selecionar uma que oferece a gama de desempenho que se adapta às aplicações – e isso é um bom começo. A maioria das bombas tem que ter um desempenho variável, dependendo das exigências de uma aplicação específica, alterações de produto, qualidade da matéria-prima ou ingredientes especiais. Cada bomba tem um perfil de desempenho que pode ser projetado em relação a uma curva de fiabilidade, como na figura abaixo.
A bomba vai funcionar dentro dos parâmetros da curva de fiabilidade, mas quanto mais longe está do ponto de melhor eficiência, a sua operação vai ser cada vez menos fiável, com avarias cada vez mais frequentes (ver MTFB no eixo do lado direito). Isto ilustra outra diferença. Se o fluxo é reduzido com desaceleração, não é só energia que é perdida ao não atingir o ponto de melhor eficiência; a bomba pode ter mais vibrações e maior contrapressão, com o consequente desgaste dos impulsores, rolamentos e vedantes. Qualquer poupança de energia é transformada em calor, com a potencial degradação do produto alimentar.
Um sistema de acionamento de frequência variável reduz a frequência da bomba – e deste modo também a sua velocidade – sem risco de potencial cisalhamento e impacto de temperatura em produtos sensíveis. Isto é traduzido em custos de manutenção reduzidos devido a mais fiabilidade e durabilidade, assim como melhor sustentabilidade através de menos perdas de produto e emissões mais baixas. Além disso, como ilustrado no diagrama, usar um acionamento de frequência variável para regular o fluxo mantém a bomba a operar “na zona” com mais eficiência, para poupar nos custos da energia em geral.
Curva de fiabilidade da bomba, ponto de melhor eficiência = melhor ponto operacional
Neste diagrama, a bomba tem um ponto de melhor eficiência e a melhor prática é mantê-la entre -10% a +5% desse ponto. Curva de sensibilidade para fiabilidade da bomba
As contas são mais fáceis do que se possa pensar
Como a maioria das bombas centrífugas são operadas por um motor elétrico, a velocidade da bomba é frequentemente a mesma velocidade do motor e a velocidade e o diâmetro do impulsor determinam a altura de elevação ou pressão da bomba. Mas ao mudar a velocidade, altera os requisitos de altura de elevação, fluxo e potência da bomba de acordo com as regras de afinidade seguintes:
- O fluxo (volume/hora) varia em proporção às alterações da velocidade. O dobro da velocidade é o dobro do fluxo. Um terço da velocidade implica um terço do fluxo.
- A altura de elevação (pressão) da bomba varia conforme o quadrado da alteração na velocidade O dobro da velocidade gera quatro vezes (22) a altura de elevação. Oitenta porcento da velocidade gera 64 porcento (.802) da altura de elevação gerada pela velocidade total.
- Os requisitos de potência (kW) variam ao cubo da alteração na velocidade. O dobro da velocidade usa oito vezes (23) a potência. A meia velocidade exige apenas um oitavo (.503) da potência para operar a bomba.
“As contas são fáceis: se a bomba não está constantemente a operar a 100%, um acionamento de frequência variável é vantajoso, porque a quantidade de energia que é possível poupar ao controlar os fluxos é enorme. Se em vez disso, as bombas são desaceleradas, começam imediatamente a afastar-se do ponto de melhor eficiência. É quando começam a ser observadas vibrações adicionais e contrapressão, o que reduz a vida do vedante mecânico, resultando em avarias dispendiosas e mais tempo de inatividade.”
- Angelo Mennecillo, Plant Components Product Manager da Tetra Pak®
