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May 22, 2023

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

Nota do autor: Na Parte 1 desta série na edição de maio de 2021 da Pumps & Systems, afirmei erroneamente que ao usar as leis de afinidade você também poderia pensar nas mudanças como um fator de 4 para cabeça e

Nota do autor: Na Parte 1 desta série na edição de maio de 2021 da Pumps & Systems, afirmei 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 só são verdadeiras se a velocidade estiver sendo duplicada (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, da mudança do ângulo do caminho do fluxo, da relação do diâmetro (geral em relação ao olho), da sobreposição das palhetas, dos ângulos das palhetas e do número de palhetas. Todas essas coisas são, em essência, a velocidade específica (Ns) do impulsor.

Uma bomba irá operar 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/formato) como “planas” ou “ascendentes” e às vezes como “ascendentes acentuadamente”.

A curva plana da bomba resultará caracteristicamente em uma grande mudança na vazão para uma pequena mudança na altura manométrica do sistema, e um formato de curva de bomba que seja íngreme (ascendente) terá uma pequena mudança na vazão para uma grande mudança na altura manométrica do sistema. Essas características mencionadas, quando plotadas com a curva do sistema, funcionarão como um grande benefício ou como uma diluição de seus esforços para economia de energia.

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

A altura estática é a distância vertical que o líquido deve ser movido pela bomba. Embora normalmente estejamos preocupados com a altura manométrica estática positiva, ela também pode ser negativa (sim, bombeando em declive) e esses casos podem ser problemáticos porque moverão a intersecção da curva de atrito do sistema com a curva da bomba mais para a direita.

A altura manométrica é a pressão que a bomba deve 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 carga manométrica. Por último, mas não menos importante, está a cabeça de fricção. A cabeça de atrito muda com a vazão e varia com o 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 não são realmente entidades estáticas, apesar do que vários procedimentos de cálculo e projeto possam 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 mudam de posição. Além disso, os componentes do sistema e a tubulação ficarão mais restritos com o tempo, incrustações e corrosão.

A forma final da curva do sistema terá um grande efeito na viabilidade e na sua decisão de incorporar um conversor de frequência variável (VFD). As curvas do sistema são normalmente classificadas como “dominadas pelo atrito” ou “dominadas pela cabeça estática”, mas você também pode ter combinações de ambos.

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 (com predominância da altura manométrica estática) e quanto mais plana for a curva da bomba, menos eficaz será o sistema VFD. Normalmente, quanto mais acentuada for a curva da bomba, maior será o potencial de poupança de energia, mas é necessária uma análise para garantir a precisão. Só porque a curva é plana não significa que o retorno do 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, à medida que a potência, o fluxo e a altura manométrica também diminuem. Quando a curva é plana (cabeça estática dominada), a bomba sai rapidamente do BEP e da faixa operacional permitida (AOR) à medida que a velocidade diminui. Você também pode aproximar-se do fluxo estável mínimo contínuo (MCSF) no lado esquerdo da curva. Os limites do lado direito da curva são alcançados rapidamente na pequena faixa operacional permitida.