O que você precisa saber sobre a operação da bomba paralela

Muitas vezes me pedem para visitar os locais das plantas para consultar sobre problemas relativos a taxas de fluxo inadequadas em sistemas de duas bombas. Essas usinas geralmente têm mais de 10 anos, e os operadores e engenheiros comissionamentos não estão mais presentes. Os requisitos de saída da planta aumentaram e/ou o equipamento é simplesmente velho e menos eficiente. De qualquer forma, o resultado desejado é obter mais fluxo através do sistema.

Em um cenário típico, alguém observa que há uma bomba instalada adicional e decide que a solução é simplesmente iniciar e operar a segunda bomba. Para uma pessoa destreinada que vê duas bombas instaladas no mesmo sistema, parece lógico que operar a segunda bomba em paralelo aumentará o fluxo. Isso pode funcionar em alguns casos, mas muitas vezes não funciona. Quando o sistema não for projetado para duas (ou mais) bombas funcionarem ao mesmo tempo (em paralelo), não levará muito tempo para ambas as bombas experimentarem problemas.

Se você tem um sistema de duas bombas, o primeiro passo é determinar como o sistema foi projetado:

1. Duas bombas configuras para funcionar individualmente e/ou em paralelo. Em outras palavras, as bombas podem funcionar em paralelo ou separadamente, cobrindo uma ampla gama de fluxos esperados.

2. Duas bombas configuradas com uma bomba como uma sobressalente instalada.

Para encontrar a solução para o problema, a primeira coisa que peço é a curva do sistema. A curva muitas vezes não está disponível, então eu trabalho com o pessoal da fábrica para calcular e desenvolver a curva do sistema. Uma vez que sobrepomos a curva do sistema nas curvas da bomba, o problema e as possíveis soluções tornam-se prontamente aparentes.

Em muitos casos, o projetista do sistema pode ter projetado o sistema para que uma bomba faça todo o trabalho necessário (bomba de 100 por cento) com uma segunda bomba (também conhecida como bomba redundante, sobressalente instalada, 100% sobressalente ou bomba de backup) pronta para operação para que a primeira bomba possa ser removida do serviço sem perturbar o processo de produção. As bombas e seus motores e controladores associados são projetados para um serviço 100%.

A intersecção da curva única da bomba e da curva do sistema deve estar perto do melhor ponto de eficiência (BEP) para a bomba. Nestes tipos de casos, o sistema de tubulação não foi projetado para ambas as bombas funcionarem ao mesmo tempo. O tamanho do tubo é tipicamente muito pequeno para lidar eficientemente com os fluxos mais altos e apresenta uma enorme perda de atrito se ambas as bombas forem operadas. Outra maneira de pensar nessa situação é que a curva do sistema é íngreme — não plana — para a operação de duas bombas.

Se o sistema for projetado para ambas as bombas funcionarem ao mesmo tempo, então a curva do sistema será, por design, mais lisonjeada no geral e apresentará menos atrito. Você também pode pensar em atrito indesejado como potência desperdiçada, o que se traduz em custos elétricos mais altos.

Esta coluna não é feita para explicar em detalhes por que uma curva é íngreme e a outra é plana. O ponto importante a notar é que as curvas mais íngremes representam mais perda de atrito à medida que você tenta bombear mais fluxo através do tubo. Para este artigo, basta dizer que se o sistema for projetado para bombeamento paralelo, a curva do sistema tenderá a ser mais lisonjeira.

A Figura 1 retrata um sistema devidamente projetado para operações paralelas de bombas. Com uma bomba operando (Intersection Point 1), a curva do sistema permanece relativamente plana, e o fluxo é X com cabeça correspondente Y.

Figura 1. Sistema típico projetado para duas bombas para operar em paralelo

(Gráficos cortesia do autor)

Quando a segunda bomba é iniciada (Ponto de Intersecção 2), o atrito apresentado pelos fluxos mais altos produz uma curva de sistema ligeiramente mais íngreme. Embora o fluxo seja mais do que X, por favor note que ele não atingirá magnitude 2X.

A Figura 2 mostra que se uma das bombas é uma sobressalente instalada e ambas as bombas são operadas ao mesmo tempo, então o fluxo adicional é demais para o diâmetro dado do tubo, e o resultado é uma alta perda de atrito.

Figura 2. Sistema não projetado para duas bombas para operar em paralelo. A segunda bomba é destinada apenas como um sobressalente.

Olhando para o Ponto de Operação 2, você pode ver que a partida da segunda bomba rendeu pouco fluxo adicional. Pode ser na faixa de fluxo X mais 10%, mas em muitos casos é ainda pior. É por isso que ligar a segunda bomba pode realmente matar ambas as bombas.

Nessas situações, sempre haverá uma bomba forte e uma bomba fraca. Mesmo que as bombas tenham sido projetadas e fabricadas para serem idênticas, há sempre alguma nuance em uma das bombas e no sistema que evitará que as bombas sejam idênticas.

A bomba mais forte tentará levar a carga completa (como apresentado pelo sistema). A bomba mais forte funcionará muito à direita em sua curva (uma condição chamada runout) e terá problemas com vibração e cavitação (cabeça de sucção positiva líquida [NPSH] e recirculação de incidência de ângulo de fluxo) que se manifestarão como impellers danificados, bem como rolamentos de curta duração e vedações mecânicas. Ao mesmo tempo, a bomba fraca funcionará em baixo ou nenhum fluxo e terá problemas semelhantes porque está operando no extremo esquerdo da curva. Não é incomum que a bomba mais forte desenvolva pressão suficiente para fechar a válvula de verificação de descarga na bomba mais fraca, forçando-a a operar em uma cabeça de desligamento (taxa de fluxo zero).

A Figura 3 mostra o funcionamento da Bomba 1 (Ponto de Intersecção 1) e a subsequente operação paralela da Bomba 2. Um equívoco comum é que se você iniciar a segunda bomba, a taxa de fluxo dobrará para intersection point 2. Na realidade, o ponto de operação será no Ponto de Intersecção 3. Em um sistema de bomba centrífuga, a bomba sempre funcionará onde a curva do sistema dita.

Figura 3. Equívoco comum sobre bombas em paralelo: O usuário espera fluxo no Ponto 2 ao iniciar a segunda bomba, mas na verdade será o Ponto 3.

10 dicas para lembrar

1. Este artigo discute duas bombas em paralelo, mas por favor note que você pode ter qualquer número de bombas operando em paralelo.

2. As bombas em um sistema que não foi projetado para operação paralela não devem ser operadas ao mesmo tempo, exceto por intervalos breves durante as operações de comutação. Para fazer o contrário é provável que danifique prematuramente ambas as bombas.

3. Muitas vezes, um bom design do sistema é ter bombas em paralelo, pois elas podem fornecer flexibilidade para corresponder o fluxo à carga. Esta configuração também é mais confiável porque fornece proteção de espera para uma porcentagem relativamente alta da carga total no caso de uma perda de bomba.

4. Projetos paralelos do sistema promovem eficiência, pois podem lidar melhor com uma gama de fluxos quando comparados com o uso de uma bomba grande.

5. Diferentes modelos/modelos de bomba podem operar juntos em paralelo, mas é importante que eles tenham uma cabeça de desligamento idêntica e velocidades específicas semelhantes.

6. Se o sistema for projetado para bombas paralelas, determine qual bomba é a mais forte, executando uma de cada vez e medindo a cabeça em vários fluxos. Como regra geral, comece sempre a bomba mais fraca primeiro.

7. Você pode superar alguns dos desencontros nos projetos da bomba e do sistema usando drives de velocidade variáveis e monitorando cuidadosamente onde cada bomba está na curva, mudando de velocidade conforme necessário para manter a carga equilibrada.

8. Ao executar uma bomba para pequenas cargas e, em seguida, iniciar a segunda bomba para pegar cargas maiores, não deixe a primeira bomba correr para fora em sua curva muito longe antes que a segunda bomba seja iniciada. A primeira bomba pode estar cavitando por algum tempo antes que a segunda bomba pegue. Vejo isso acontecer muitas vezes em sistemas projetados para operar automaticamente. O designer muitas vezes ignora as margens NPSH no lado direito da curva.

9. Se as bombas estão em paralelo ou são apenas duas bombas em um sistema de uma bomba, eu sempre recomendo instalar medidores de hora para acompanhar o horário de funcionamento. Testemunhei muitos erros resultantes de decisões baseadas na memória de alguém ou hábitos de registro. Medidores de hora são seguros baratos. (Você sabe quando trocar o óleo na bomba?)

10. Em um sistema de bomba paralela, qualquer bomba iniciada primeiro deve ser capaz de cobrir toda a carga apresentada pela curva do sistema sem sobrecarregar o motorista ou correr para fora em sua própria curva.