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Saiba como criar um caso de negócio para a monitorização do estado das suas bombas submersas.

Quatro formas rápidas de reduzir os custos de energia da bomba utilizando dados em tempo real

Índice

As bombas centrífugas são um cavalo de batalha industrial generalizado, sendo responsáveis por cerca de 16% da energia consumida pelos motores eléctricos industriais em todo o mundo [1]. Para a saúde do planeta e da sua carteira, é vital que elas funcionem com a máxima eficiência. Neste artigo, vamos mostrar-lhe quatro formas rápidas e económicas de os dados da máquina em tempo real o ajudarem a começar a reduzir o consumo de energia e as emissões das bombas.

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Os custos de energia representam uma parte considerável do custo de vida de uma bomba.

Existem várias formas de reduzir o consumo de energia de uma bomba centrífuga. De um modo geral, podemos dividir estas estratégias em duas classes: alterações a curto prazo nas máquinas, operações e práticas existentes e alterações a longo prazo que se centram na reformulação de parte ou da totalidade do sistema. Estas alterações a longo prazo podem produzir grandes poupanças, mas requerem meses de planeamento e investimentos significativos. Nesta publicação do blogue, vamos analisar algumas alterações a curto prazo que não requerem grandes despesas de capital. Tudo o que precisa para começar é de uma forma de ver o desempenho da sua bomba em tempo real - e é provável que já o tenha.

Passo 1: Utilizar os dados de máquina em tempo real que já está a recolher

Existem três parâmetros de desempenho da bomba que pode utilizar para identificar ineficiências - e provavelmente já está a seguir pelo menos um deles. As leituras dos sensores de caudal, potência e pressão podem ser utilizadas para calcular o consumo de energia da bomba.



Dados de caudal e pressão

Os medidores de caudal e os medidores de pressão não registam diretamente o consumo de energia de uma bomba. No entanto, registam dois parâmetros-chave que lhe permitem fazer uma estimativa bastante boa. Não tem de fazer as contas sozinho - na etapa 2, veremos as ferramentas que o farão por si. Mas se estiver interessado, Enciclopédia de engenharia da Neutrium explica como transformar pascais e litros por segundo em quilowatts-hora.

Dados de potência

Se instalou sensores de potência para medir diretamente o consumo real de energia da bomba em tempo real, está numa posição ainda melhor. Embora os dados de caudal e pressão possam dar uma ideia de alto nível sobre o consumo de energia de uma bomba, sem dados de potência dependem de estimativas estáticas da eficiência da bomba e do motor. Estes são frequentemente números idealizados que podem ou não ter sido verdadeiros quando a bomba era nova, mas que quase de certeza já não são exactos à medida que a bomba envelhece.

Além disso, as condições operacionais podem alterar a eficiência efectiva da bomba de um momento para o outro, independentemente da sua classificação. Por exemplo, os períodos de menor procura podem colocar uma carga tão baixa na bomba que esta funciona de forma muito ineficiente, apesar de a sua eficiência ser boa com a carga habitual. São estes factores operacionais que permitem a maioria das alterações rápidas e de baixo custo que permitem poupar energia. Os sensores que medem diretamente a corrente e a tensão consumidas pelo sistema fornecem todos os detalhes necessários para controlar estes factores.

Passo 2: Executar a análise energética desses dados

É possível que já tenha os conhecimentos necessários para analisar os seus dados de caudal, potência e pressão numa perspetiva de poupança de energia. Caso contrário, existem muitas plataformas modernas de inteligência energética que podem ingerir os seus dados existentes e analisá-los para fornecer recomendações detalhadas.

Se decidir optar por uma plataforma externa, eis alguns aspectos a ter em conta:

  • Visualização e relatórios claros e intuitivos. Painéis de controlo interactivos, relatórios personalizados e recomendações concretas ajudá-lo-ão a compreender os padrões de consumo de energia, a identificar ineficiências e a acompanhar os resultados das suas iniciativas de poupança de energia.
  • Métricas de desempenho energético. Procure uma plataforma de inteligência energética que forneça métricas de desempenho chave, incluindo as específicas para sistemas de bombas. Os seus relatórios devem incluir informações sobre onde se perde energia ao longo da unidade de tração, curvas de desempenho da bomba, consumo específico de energia (SEC) e referências da indústria.
  • Orientações claras. A plataforma deve não só recomendar acções de poupança de energia, mas também ajudá-lo a estabelecer prioridades em função do valor comercial e do contexto.
  • Integração e escalabilidade. Considere se a plataforma pode ser integrada com os seus sistemas de automação industrial existentes, sistemas de armazenamento de dados ou outros sistemas de gestão de energia já em utilização. A escalabilidade também é crucial se pretender expandir a cobertura da plataforma para incluir bombas adicionais ou mesmo outro equipamento no futuro.
  • Apoio e serviço. Avalie o suporte e o serviço fornecidos pelo fornecedor da plataforma. Está por sua conta após a instalação, ou eles têm especialistas em energia industrial para o ajudar a identificar, validar e acompanhar as iniciativas? O que é que os seus clientes dizem sobre eles? Um fornecedor fiável com um sistema de apoio sólido garante um processo de implementação sem problemas e assistência contínua quando necessário.
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Um painel de inteligência energética que mostra os principais consumidores de energia de um cliente ao longo do tempo.
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Um relatório de informação gerado por uma plataforma de inteligência energética, detalhando uma potencial iniciativa de otimização energética.

Passo 3: Começar a poupar energia

Nesta secção, mostramos-lhe quatro mudanças simples no processo para reduzir os custos energéticos e as emissões, utilizando exemplos reais da nossa própria empresa plataforma de inteligência energética, SAM4.

Exemplo 1: Alterar os limiares de caudal

Numa estação de bombagem de águas residuais, duas das três bombas funcionam frequentemente em simultâneo em condições de baixo caudal. As curva da bomba em tempo real na plataforma SAM4 mostrou que ambas as bombas estavam a funcionar muito à esquerda do seu ponto de melhor eficiência (BEP), o que desperdiça energia. Utilizando os dados operacionais de um mês, o SAM4 calculou que uma única bomba poderia fornecer o caudal necessário 100% do tempo e, ao fazê-lo, funcionaria muito mais perto do seu BEP. Em vez de necessitar de 77,5 kW para fornecer o caudal necessário utilizando ambas as bombas, a estação necessitaria apenas de 55 kW - uma redução de 30 por cento no consumo de energia.

O proprietário da bomba alterou a lógica de controlo da estação para fazer funcionar apenas uma bomba nestas condições de baixo caudal, aumentando o limiar a partir do qual é activada uma segunda bomba. Para esta estação de bombagem, esta simples alteração de processo está a poupar mais de 10 000 euros em custos anuais de energia e a reduzir as emissões indirectas de CO2 em 23,5 toneladas métricas por ano.

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Exemplo 2: Alterar a velocidade da bomba

Uma estação de bombagem de água bruta com duas bombas maiores e uma bomba mais pequena apresentou grandes eficiências operacionais. A análise da SAM4 mostrou que as duas bombas maiores eram frequentemente utilizadas de forma ineficiente para fornecer caudais que podiam ser cobertos pela bomba mais pequena. Duas configurações simples foram alteradas para obter uma bombagem mais eficiente literalmente durante a noite.

Já vimos a primeira alteração no exemplo anterior: uma alteração na lógica de controlo. O limite de caudal a partir do qual as bombas maiores entram em ação foi aumentado, para que a bomba mais pequena funcionasse sozinha durante mais tempo. Para evitar a necessidade de testes físicos (como medições de caudal), este aumento do set point foi feito em pequenos passos.

Em segundo lugar, a velocidade da bomba mais pequena foi aumentada, para alargar a sua gama de funcionamento útil. Esta alteração foi possível porque a bomba era accionada por um variador de frequência (VFD). A frequência fornecida pelo VFD foi aumentada, sem exceder a potência nominal do motor e as capacidades da bomba.

O caudal, o consumo de energia e a eficiência resultantes foram posteriormente monitorizados pela plataforma SAM4. O efeito destas duas alterações de processo foi significativo: a eficiência das três bombas aumentou, elevando a eficiência global da estação de bombagem em 7,1 por cento. O proprietário da bomba gasta agora menos 2500 euros por ano em energia graças a estas duas alterações rápidas e fáceis.

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Exemplo 3: Abrir uma válvula

Numa estação de bombagem de águas residuais, duas bombas submersas funcionavam continuamente com caudais muito baixos, longe do seu BEP. Depois de a plataforma SAM4 ter identificado o problema, o proprietário da bomba investigou e descobriu que ambas as bombas estavam a funcionar com válvulas de descarga parcialmente fechadas. Abriram as válvulas e o SAM4 monitorizou o efeito na sua curva de desempenho da bomba em tempo real. Após a alteração, ambas as bombas funcionaram de forma mais eficiente, mais perto do BEP, e precisaram de menos tempo de funcionamento. Esta simples alteração está a poupar ao proprietário da bomba aproximadamente 15.000 € em energia e a eliminar 30 toneladas métricas de emissões de CO2 anualmente.

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Exemplo 4: Reduzir hidraulicamente a bomba

Este é um pouco mais complicado do que abrir uma válvula, mas continua a ser uma solução relativamente simples e de baixo custo que pode proporcionar grandes poupanças.

Numa estação de bombagem de reforço muito grande, duas bombas de 500 kW estavam a funcionar com cargas baixas. Depois de analisar os dados, a plataforma SAM4 determinou que a alteração do tamanho do impulsor e a adição de uma voluta secundária permitiria que as bombas fornecessem o caudal necessário com menor potência.

O proprietário da bomba efectuou as alterações e a SAM4 acompanhou os resultados. A eficiência das bombas mais do que duplicou, de 23 para 55%, e o proprietário da bomba está a gastar menos 100.000 euros em energia e a reduzir a sua pegada de carbono em 250 toneladas métricas por ano.

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Está disposto a ir um pouco mais longe?

Como vimos acima, os sistemas de inteligência energética podem identificar mudanças fáceis a curto prazo que podem poupar energia significativa. E, claro, também recomendarão iniciativas relevantes a longo prazo e mais dispendiosas: substituição de bombas por versões mais recentes e mais eficientes, adição de VFDs ou bombas adicionais, etc. Mas há duas estratégias adicionais que pode querer considerar e que não se enquadram no âmbito da análise energética.

Implementar um programa de manutenção proactivo para manter as suas bombas em condições óptimas

A saúde e a eficiência da bomba andam de mãos dadas. As alterações que melhoram a eficiência de uma bomba também reduzem o desgaste: por exemplo, as bombas que funcionam perto do BEP sofrem menos cavitação e exercem menos pressão sobre os seus selos mecânicos. O inverso também é verdadeiro: as bombas que são bem mantidas funcionam de forma mais eficiente. O desgaste dos rolamentos, o desalinhamento e outros problemas comuns fazem com que a bomba trabalhe mais, gastando mais energia para fazer o mesmo trabalho. Quanto mais cedo descobrir e resolver estes problemas, menos energia a bomba desperdiçará. Para minimizar o tempo que uma bomba gasta silenciosamente desperdiçando energia à medida que o seu estado de saúde se degrada, considere mudar para um estratégia de manutenção baseada nas condições com base em dados de saúde da máquina em tempo real.

Educar os operadores de bombas e o pessoal de manutenção sobre práticas de eficiência energética

Só faz sentido formar as pessoas que passam mais tempo com as suas bombas sobre como mantê-las no máximo de eficiência. Para além dos conhecimentos que a sua plataforma de inteligência energética lhes proporcionará, considere incentivar outras oportunidades, como workshops de otimização de bombas, programas de certificação, conferências e seminários. Pode também introduzir programas de reconhecimento baseados no desempenho para motivar os operadores de bombas e o pessoal de manutenção a adotar práticas energeticamente eficientes. Estes programas podem incluir recompensas, bónus ou simplesmente o reconhecimento de indivíduos ou equipas que demonstrem um empenho extraordinário na conservação e otimização da energia.

Boa sorte!

Esperamos que este guia lhe tenha dado algumas ideias que pode começar a utilizar hoje mesmo para reduzir o consumo de energia e as emissões das suas bombas. Até nos encontrarmos de novo no caminho para o Net Zero!

[1] Ver Eficiência energética em sistemas de motores eléctricos: Tecnologia, potencial de poupança e opções políticas para os países em desenvolvimento da Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial. Este documento refere que as bombas industriais representam 20-25 por cento do consumo global de eletricidade dos motores industriais; utilizámos o limite inferior, 20 por cento, no nosso cálculo. Várias fontes referem que as bombas centrífugas representam 60-90% de todas as bombas industriais; a maioria das fontes refere ainda que a percentagem de bombas centrífugas está a aumentar. Utilizámos 80 por cento nos nossos cálculos.

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