Bomba ED 101
Como a menor eficiência pode reduzir o custo global – ação do Vórtice
Joe Evans, Ph.D.
Quando iniciamos o processo de seleção da bomba para uma determinada aplicação, uma de nossas maiores preocupações é a eficiência. Se vários modelos diferentes, de qualidade semelhante, atenderem às nossas condições, geralmente selecionaremos aquele com maior eficiência. Afinal, maior eficiência reduz o custo da energia elétrica. Há momentos, no entanto, em que a eficiência pode tomar um banco traseiro para o custo real e global de operação.
O manuseio de sólidos nas bombas utilizadas em aplicações municipais e industriais é um bom exemplo. Grandes bombas de esgoto podem usar propulsores de fluxo misto ou de fluxo radial com pouca preocupação de conectar ou entupir devido ao tamanho inerente das passagens de fluxo. À medida que a descarga e o tamanho da palheta diminuem, no entanto, o potencial de entupimento aumenta. No início da década de 1900, um novo projeto de impulsor foi desenvolvido por A.B. Wood da placa de esgoto e água de Nova Orleans. Conhecido como o impulsor “não entupimento”, consistiu em duas palhetas com bordas de ponta sem cortes que permitiram a passagem de sólidos maiores e reduziram a oportunidade de acúmulo de material de corda na entrada da palheta. Hoje, a maioria dos sólidos manuseando bombas, com descargas menores que 10″, utiliza alguma variação desse design.
Aqueles de nós familiarizados com essas bombas sabem que não existe tal coisa como um não entupimento – – “raramente entupir” é provavelmente uma terminologia melhor. Mas, à medida que o tamanho da descarga diminui para 4″ ou menor, “muitas vezes o entupimento” pode se tornar a descrição da escolha. Agora, algumas bombas de 3″ e 4″ podem passar um sólido esférico completo de 3″, mas algumas aplicações não podem acomodar os fluxos mais altos que produzem e altas concentrações de material stringy ainda podem causar problemas. Se um pequeno não entupimento se sair bem em um aplicativo, provavelmente é a melhor escolha, mas, se conectar é um problema contínuo, você pode querer considerar uma alternativa.
A bomba de vórtice, também conhecida como bomba de impulsor embutida, é geralmente considerada um membro da família centrífuga. Isso não é inteiramente preciso, mas, uma vez que não existe tal coisa como força centrífuga, provavelmente não importa de qualquer maneira. É, no entanto, uma bomba dinâmica, pois transmite energia continuamente ao fluido que está bombeando. Ao contrário da típica bomba centrífuga, sua ação de bombeamento é um processo de dois estágios. O propulsor, que está localizado fora da área de fluxo do voluto, produz um vórtice primário ou ação giratória na água que reside dentro e ao redor de suas palhetas. Este vórtice cria um vórtice secundário no volute que produz fluxo. A Figura 1 ilustra esse processo. A ação de bombeamento da bomba de vórtice oferece várias vantagens significativas. Uma vez que o impulsor está em recesso, ele tem pouco contato com a maioria do bombeamento. Mesmo quando os sólidos entram em contato com o propulsor, eles não têm que atravessar as palhetas para que o potencial de erosão seja muito reduzido. Além do desgaste reduzido, sua posição recessada também permite a passagem de sólidos maiores e materiais de corda que poderiam de outra forma conectar uma verdadeira bomba centrífuga. Quase qualquer sólido que possa entrar na sucção sairá dos materiais volutos e stringy passar sem emaranhamento. Outra vantagem é a redução das forças radiais que agem sobre seu impulsor. Devido a essa redução, muitas bombas de vórtice podem operar a fluxos muito baixos ou até mesmo desligar por longos períodos sem danos.
Infelizmente, esse processo de bombeamento de duas etapas também tem uma desvantagem de uma eficiência hidráulica muito menor. Essa compensação tende a ser aceitável em muitos mercados industriais, mas, infelizmente, muitas vezes eliminará a bomba de vórtice da consideração por alguns engenheiros especificados na arena municipal. Ambos são avaliados para passar sólidos esféricos de 3″ e atingir sua eficiência máxima no ponto de design (450 gpm @ 46′). Neste ponto, o não entupimento requer cerca de 7,4 cv (eff = 70%), enquanto a bomba de vórtice requer cerca de 10,7 cv (eff = 48%). Obviamente, esse aumento de quase 45% na hp poderia ter um impacto bastante grande nos custos elétricos de longo prazo, mas, esse aumento sempre fará com que o não entupimento seja a melhor escolha? Vamos dar uma olhada em um exemplo municipal real.
Um pequeno município no oeste dos EUA instalou uma estação de elevação duplex, com alternação de 4″ não tamancos, para atender um complexo de varejo. O complexo é composto por lojas de varejo, supermercado/loja de departamentos e vários restaurantes. A estação tem uma média de seis a sete partidas por dia e o tempo de execução para cada ciclo é de aproximadamente cinco minutos. Além dos desperdícios normais de humanos e alimentos; fraldas descartáveis, produtos femininos e toalhas de papel de alta fibra também são uma ocorrência diária. Essa mistura de resíduos resultou em bombas parcialmente ligadas que tiveram que ser puxadas para limpeza a cada sete ou dez dias. No final do verão passado, os não tamancos foram substituídos por bombas de vórtice de 4″ que produziam características semelhantes de capacidade da cabeça. Desde o início das novas bombas, não ocorreu nenhuma conexão.
Embora as bombas de vórtice consumam aproximadamente 38% mais potência do que os não tamancos que substituíram, a potência total consumida ainda é relativamente pequena, uma vez que as bombas não funcionam mais do que 35 minutos por dia (213 horas/ano). Por outro lado, a limpeza dos não tamancos originais (manutenção acima e acima do normal) exigia uma média de 12 horas por mês (144 horas/ano). A substituição resultou em redução de custos de mão-de-obra que superou em muito o custo elétrico adicional e, o mais importante, tornou a estação de bomba completamente confiável.
Há momentos em que temos que olhar além da eficiência e seu efeito sobre o consumo elétrico, especialmente se as horas operacionais são baixas. No exemplo acima, e muitos mais parecidos, o custo e a confiabilidade globais podem ser considerações muito mais importantes.