Porque sua bomba está operando fora da curva?

“Wishin 'e Hopin'” - tanto Dionne Warwick quanto Dusty Springfield haviam lançado versões dessa música pop no início dos anos 60. A mensagem lírica é que você não vai conseguir o que deseja se apenas ficar sentado, desejando e esperando; É necessário tomar medidas para alcançar o resultado desejado. O mesmo conselho é válido para o desempenho da bomba. Testemunho um número alarmante de pessoas que, sem querer, desejam e esperam que a bomba funcione da maneira correta, mas desejam e esperam com total desconsideração da curva do sistema, das capacidades da bomba, das leis da física e das propriedades dos fluidos. Hora de agir.

Começo meus cursos de treinamento de bombas com a simples personificação de que “as bombas são estúpidas”. Coloque uma bomba centrífuga em qualquer sistema e ele não sabe onde operar. É o sistema, não a bomba, que determina onde a bomba irá operar em sua curva de desempenho - se a bomba é capaz de operar nesse ponto. Além disso, e pretendido apenas como uma anedota cômica para ajudar meus alunos a aprender, refiro-me à bomba como o "marido" nesse casamento com a curva do sistema, também conhecida como "esposa". Talvez, e com desculpas ostensivas à “polícia policial”, sugiro que o casamento funcione melhor se o marido (bombear) ouvir e obedecer à esposa (sistema). Se houver uma incompatibilidade entre os dois, o divórcio (falha na bomba e no sistema) é

iminente.

A bomba funcionará onde sua curva de desempenho cruza a curva do sistema, mas nem sempre sabemos onde está esse ponto - e, para complicar as coisas, pode mudar rapidamente devido a muitas variáveis. Dois obstáculos que dificultam essa determinação são:

Frequentemente não temos ideia da geometria da curva do sistema.

A bomba é frequentemente forçada a sair de sua curva publicada por fatores externos

Abordaremos o cálculo da curva do sistema em um artigo futuro. Por enquanto, a curva do sistema é a soma absoluta da carga estática do sistema, carga de pressão, carga de velocidade e carga de fricção. A geometria da curva do sistema está diretamente relacionada à vazão, tamanho do tubo, alterações de elevação e perdas devido ao atrito de todos os componentes no sistema. Observe que a curva do sistema é dinâmica e muda com a elevação do tanque e as alterações de pressão do sistema. Também mudará com a posição da válvula, idade do sistema, incrustações e corrosão. O artigo deste mês abordará o número 2: como as bombas podem operar a partir de suas curvas publicadas e veremos alguns exemplos comuns.

Causas para operar fora da curva

Aqui estão alguns dos problemas comuns:

- Folgas desgastadas

- Impulsor de tamanho diferente ou incorreto

- Velocidade diferente ou incorreta

- Viscosidade não corrigida ou precisa

- Margem líquida da carga de sucção positiva (NPSH) insuficiente

- Entrada de ar e / ou líquidos de fase dupla além de 3%

- Submersão inadequada (ver também entrada de ar)

- Bloqueio parcial ou restrito da linha de sucção

- Operar a bomba na direção errada

Inicialmente as primeiras coisas

Para determinar onde sua bomba está realmente operando, você precisará calcular a curva de desempenho da bomba no campo "como está". Primeiro, obtenha uma cópia da sua curva de desempenho da bomba conforme publicada ou comprada. Em seguida, usando a posição da válvula de descarga da bomba, crie uma série de várias vazões diferentes (recomende pelo menos seis pontos, incluindo a cabeça de fechamento), determine e registre as pressões de sucção e descarga para cada condição de fluxo, converta essas pressões na carga diferencial e plote-as na sua curva. Tenha cuidado para corrigir elevações, temperaturas e gravidades específicas.

Sua curva corresponde à curva publicada? Se ocorrer entre 5 e 10%, provavelmente não haverá problema.

Vejamos alguns casos em que a curva não concorda com a curva publicada. Cada caso conta uma história crítica para ajudar a entender o que está acontecendo com sua bomba e o sistema.

Folgas de Desgaste

À medida que a bomba se desgasta, o desempenho hidráulico se deteriora. A maioria das pessoas entende que a eficiência da bomba cairá devido ao desgaste, aumentando a potência, mas nem todos os usuários percebem que a cabeça e o fluxo também se deteriorarão.

Observe que a curva revisada da bomba ainda cruza a curva do sistema, mas o ponto de encontro está em uma vazão mais baixa e uma cabeça mais baixa. Veja meus artigos sobre bombas e sistemas de janeiro de 2016 e julho de 2017 para obter mais detalhes sobre este assunto (Imagem 1).

É importante entender se você também está plotando a potência na curva: se o desgaste for simplesmente o impulsor ou os anéis de desgaste da carcaça, a potência aumentará visivelmente. Mas se o desgaste ocorrer em outras áreas, como passagens internas, água cortada ou palhetas do impulsor, a energia aumentará apenas uma pequena quantidade.

Uma observação especial para os projetos de bombas ANSI que usam as folgas críticas entre o impulsor e a caixa ou caixa de empanques: o efeito na energia será como a bomba mencionada acima com anéis de desgaste - ou seja, a potência aumentará visivelmente.

Tamanho ou velocidade diferentes do impulsor

Frequentemente, uma das razões para o fraco desempenho da bomba é que o impulsor de tamanho errado está na bomba. Isso pode ser causado por vários motivos diferentes, principalmente erros humanos. Outro motivo comum é que a velocidade é diferente da percebida. Isso é comum em sistemas controlados com inversores de frequência variável (VFDs) como parte do processo de controle do sistema. Menciono esses dois problemas (velocidade e diâmetro) aqui porque o desempenho se manifesta quase exatamente da mesma forma que as folgas desgastadas.

Viscosidade - a criptonita de bombas centrífugas

A viscosidade tem um efeito direto e negativo no desempenho da bomba centrífuga. A eficiência da bomba é a mais afetada, mas a carga e o fluxo não estão muito atrás. Obviamente, todos esses fatores negativos contribuirão para aumentar a potência necessária para bombear o fluido na mesma vazão e pressão, como se baseasse no desempenho da água.

Observe que a viscosidade é diretamente proporcional à temperatura, portanto, esteja ciente da temperatura do fluido. Além disso, bombas menores são mais afetadas pela viscosidade devido ao menor tamanho da passagem.

Veja a imagem 2 para saber como a viscosidade afetará o desempenho da bomba e também consulte meu artigo sobre o assunto na edição de novembro de 2017.

Margem NPSH insuficiente

As bombas requerem uma certa quantidade de NPSH para operar satisfatoriamente em um determinado ponto da carga e fluir na curva para evitar a cavitação. Os pontos são determinados empiricamente pelo fabricante e são indicados como carga de sucção positiva líquida necessária (NPSHr).

O próprio sistema de sucção deve, em troca, fornecer uma certa quantidade de NPSH, e isso é chamado de carga de sucção positiva líquida disponível (NPSHa). Deve haver mais NPSHa que NPSHr para que a bomba opere satisfatoriamente. A diferença é conhecida como margem ou razão.

NPSHa ÷ NPSHr = razão da margem

NPSHa - NPSHr = margem

Equação 1

Consulte o Instituto Hidráulico 9.6.1-2017 para obter detalhes.

Um problema frequente no campo é que os cálculos de margem não foram feitos, não foram feitos corretamente ou houve alterações na bomba e / ou no sistema que não foram contabilizadas. Um problema comum no campo é que a bomba tem margem suficiente em vazões mais baixas, mas à medida que a vazão aumenta, a bomba começará a cavitar. Veja a imagem 3 para ver como margens NPSH insuficientes afetam o desempenho da bomba.

Submergência inadequada e retenção de ar

O fluido bombeado pode ter entrada de ar de diferentes fontes por várias razões, mas uma causa comum é a submersão insuficiente.

Independentemente da fonte do ar, as bombas centrífugas padrão não conseguem lidar bem com isso. Com uma entrada de ar de cerca de 3 a 4%, o desempenho da bomba diminui como se o impulsor fosse cortado em um diâmetro menor ou a bomba estivesse sendo operada em uma velocidade mais baixa.

Observe também que, em vazões baixas, a velocidade do fluido é insuficiente para "varrer" o ar que se acumula no olho do impulsor. Conseqüentemente, a bomba ficará bloqueada (ligada ao ar) e parará de bombear ou ocorrerá um ciclo destrutivo e alternado de bloqueio de ar e subsequente passagem do fluxo.

Sucção restrita da bomba

Esse problema geralmente se manifesta em novas construções, startups pós reparo e quando há equipamento instalado na linha de sucção, como uma prensa de filtro, válvula de pé ou filtro. À medida que o fluxo aumenta, a carga cai. Isso é semelhante, mas diferente, a um problema de margem do NPSH.

Direção errada

Eu escrevi sobre bombas operando na direção errada muitas vezes, porque infelizmente é um problema muito comum. No caso de bombas ANSI (com impulsores rosqueados no eixo), a bomba pronuncia, em 99% do tempo, em um milissegundo que a direção está incorreta à medida que o impulsor penetra na carcaça, causando danos dispendiosos e extensos e, no entanto, esperançosamente desligando o motor.

Para bombas com impulsores chaveados no eixo, isso pode ou não ser óbvio. As bombas que funcionam para trás normalmente são um pouco mais ruidosas e exibem vibrações mais altas do que uma bomba semelhante operando na direção correta. Mas isso nem sempre é fácil de determinar em uma planta operacional devido a ruídos de fundo e outras interferências no campo.

O desempenho dependerá do design da bomba e é principalmente, mas nem sempre, uma função da velocidade específica dos impulsores. Como regra geral, a taxa de fluxo em uma bomba de operação reversa será de cerca de 50%, e a carga estará em torno de 60%. Quanto maior a velocidade específica do impulsor, menor será a carga. Projetos de revestimento concêntricos produzirão resultados diferentes.

Assume a velocidade específica de baixa a média faixa. Não confunda com bombas funcionando como turbinas.

Conclusão

As bombas funcionarão onde a curva do sistema exigir, mas nem sempre a curva da bomba é onde você pensa que é e nem a curva do sistema. Você não obterá o desempenho que precisa e deseja apenas desejando e esperando - é necessário medir os parâmetros e gerenciar o sistema.