Explicador da curva da bomba em tempo real SAM4

Saiba como o SAM4 utiliza dados eléctricos para determinar e mostrar onde uma bomba está a funcionar em tempo real em relação à sua curva de bomba e ponto de melhor eficiência. Este conhecimento é associado a conselhos automatizados sobre como alcançar a eficiência e identificar falhas em desenvolvimento. Uma vez implementado, leva à redução do tempo de inatividade, ao aumento da vida útil da máquina e à redução dos custos.

Fundamentos da curva da bomba

As bombas são um ponto fulcral das operações em diferentes indústrias e as curvas das bombas são essenciais para escolher a bomba adequada para a aplicação pretendida. São vitais para determinar a eficiência do desempenho das bombas, ajudando a solucionar potenciais danos e a otimizar o desempenho e o consumo de energia. Calcular onde uma bomba está realmente a funcionar em relação à sua curva de bomba, ou seja, quão perto está do seu ponto de melhor eficiência (BEP), incorre em custos operacionais evitáveis.

O impacto de operar fora do ponto de melhor eficiência

Dependendo da indústria, muitos factores podem influenciar o facto de as bombas funcionarem fora do seu melhor ponto de eficiência. O equipamento pode não estar configurado de forma óptima ou estar sobredimensionado para os requisitos de funcionamento; pode haver falhas em desenvolvimento; e podem estar presentes diferentes tipos de bloqueios.

Uma bomba deve funcionar no seu melhor ponto de eficiência para uma fiabilidade e eficiência óptimas. No entanto, na prática, há uma variedade de razões pelas quais isso nem sempre acontece. Podem existir razões de conceção; por exemplo, os factores de segurança do engenheiro de processos, do engenheiro mecânico e do fabricante da bomba acumulam-se, resultando numa bomba sobredimensionada. Uma estação de bombagem pode até ser sobredimensionada de propósito, para poder lidar com o crescimento populacional previsto para os próximos 20 a 30 anos. Por outro lado, as questões operacionais podem causar um funcionamento longe do BEP; desgaste, bloqueios ou válvulas (parcialmente) fechadas, ou mesmo uma lógica de controlo sub-óptima. O funcionamento longe da BEP também pode dever-se simplesmente a variações regulares na procura operacional. Seja qual for a razão, quanto mais uma bomba funcionar longe do BEP, mais prejudicial é.

O desperdício de energia também aumenta quanto mais longe do BEP uma bomba opera, o que aumenta os custos operacionais. Do ponto de vista da saúde dos activos, pode levar à cavitação e à turbulência do fluido, provocando um desgaste rápido dos vedantes, veios, rolamentos e impulsores da bomba. Caudais muito baixos podem também provocar um rápido aumento da temperatura no interior da bomba, o que pode levar a uma falha completa da bomba ou mesmo à sua destruição.

Tudo isto leva à perda de produção e ao aumento dos custos de manutenção. Também reduz a vida útil do equipamento, o que leva a um aumento dos custos de capital. Tendo isto em conta, é vantajoso detetar estes problemas o mais rapidamente possível para reduzir o risco de falhas e otimizar o consumo de energia.

Visitas da bomba vs. curva de desempenho da bomba SAM4 em tempo real

A prática padrão para estimar a eficiência do desempenho das bombas requer a visita aos locais das bombas. São efectuadas medições de pressão e caudal na entrada e na saída de cada bomba, e os dados são comparados com a curva da bomba do fabricante. Estes testes físicos das bombas são frequentemente realizados apenas uma vez em cada 5 a 10 anos e fornecem uma indicação da eficiência estática da bomba, mas não fornecem informações sobre os caudais e perdas do dia a dia.

No entanto, se se suspeitar de um problema potencial, serão necessárias outras ferramentas de diagnóstico para se obter uma visão real da causa principal do problema. Este processo pode ser moroso e implica custos financeiros e ambientais associados, ou seja, emissões relacionadas com o transporte, especialmente se as bombas estiverem a funcionar num ambiente difícil.

A solução SAM4 do Samotics incorpora uma função de curva de bomba gerada automaticamente que evita a necessidade de visitar fisicamente os locais das bombas. Calcula estimativas contínuas e precisas de medições de pressão e fluxo a partir de dados eléctricos e compara-as com a curva da bomba do fabricante ou com uma curva de teste de bomba mais recente, se disponível. Isto fornece a linha de base comparativa para efeitos de análise.

É apresentado visualmente em Samotics' curva da bomba em tempo real e um painel de controlo do desempenho da bomba. O painel de controlo fornece uma visão em tempo real e histórica do funcionamento de uma bomba em relação ao seu BEP (Figura 2). Com base na teoria da fiabilidade, mostra claramente até que ponto as operações da bomba se enquadram na área das melhores práticas (verde), na área ineficiente (amarelo) ou na área das más práticas (vermelho).

As funcionalidades adicionais do SAM4 e o seu conjunto de desempenho da bomba determinam se e quais as acções adicionais que precisam de ser executadas para melhorar a eficiência do funcionamento da bomba.

A monitorização contínua tem a grande vantagem de ser capaz de detetar sinais de ineficiência operacional/comportamento sub-ótimo muito mais rapidamente. Isto pode ajudar a alterar as definições operacionais para que as bombas funcionem mais perto do BEP e ajudar a reduzir o consumo de energia e os custos num período de tempo mais curto. A monitorização contínua permite ainda que quaisquer melhorias operacionais sejam acompanhadas para confirmar se persistem e, mais importante, para identificar quando a situação começa a diminuir novamente. Isto não seria possível através de testes de bombas efectuados de cinco a dez anos.

O equipamento danificado também pode ser reparado assim que começa a degradar-se, quando as reparações são mais rápidas e mais baratas, permitindo que as bombas funcionem mais perto do BEP e prolongando a vida útil da máquina. A monitorização remota, utilizando sensores de alta frequência localizados no armário de controlo do motor de uma bomba, evita o custo das visitas às bombas para efetuar inspecções e recolher dados. Isto, por sua vez, proporciona maior flexibilidade na programação.

Como é que a curva de desempenho da bomba SAM4 estima com precisão a pressão e o caudal

A SAM4, e todas as suas funcionalidades incorporadas, funciona segundo o princípio análise da assinatura eléctrica (ESA). Isto baseia-se no facto de que as alterações subtis no funcionamento de uma máquina afectam o campo eletromagnético do motor ligado, que por sua vez afecta a tensão de alimentação e a corrente de funcionamento.

O SAM4 analisa continuamente sinais de corrente e tensão de alta frequência utilizando poderosos algoritmos de aprendizagem automática. Isto pode revelar as caraterísticas da bomba, como as rotações do impulsor, revelar factores que podem causar o desenvolvimento de falhas, como a cavitação da bomba, e identificar falhas em desenvolvimento.

Para mapear as operações da bomba em tempo real em relação à sua curva de bomba, estimativas precisas de pressão (altura manométrica) e fluxo são calculadas usando dados elétricos, valores conhecidos da documentação da bomba e as leis de afinidade da bomba centrífuga. Estas expressam a relação entre as variáveis envolvidas no desempenho da bomba (como altura, caudal, diâmetro do impulsor, frequência de rotação do impulsor) e a potência mecânica.

Caso 1: Bloqueio rapidamente detectado numa estação de bombagem de uma empresa de água

Numa estação de bombagem com três bombas co-localizadas, a SAM4 detectou sinais de cavitação e entupimento nos dados analisados para uma das bombas do seu cliente da indústria da água. As outras duas bombas não apresentavam um comportamento semelhante. As diferenças na potência ativa indicavam que a bomba defeituosa não conseguia produzir o caudal necessário. A expetativa era que a bomba estivesse parcialmente obstruída, causando a queda do caudal e a ocorrência de cavitação. A situação era clara para ser vista na bomba associada em tempo real
(Figura 4), em que uma grande parte dos pontos de dados operacionais se encontrava na área das más práticas.

Uma vez informado, o cliente inspeccionou a bomba e foi efetivamente detectado um entupimento. Assim que o bloqueio foi eliminado, os dados voltaram aos valores normais (Figura 4). A deteção deste bloqueio foi muito benéfica para o cliente, uma vez que a resolução do problema evitou quaisquer outros problemas a jusante. O cliente calculou que entre 20 000 - 40 000 euros em poupanças foram gerados devido à poupança no custo de uma reparação completa e aos custos adicionais decorrentes do facto de a estação de bombagem não poder cumprir as suas funções.

Caso 2: Resolver operações ineficientes da bomba para reduzir o consumo de energia

Três bombas (duas bombas maiores de 55 kW e uma bomba mais pequena de 11 kW) que formam o núcleo de uma estação de bombagem de água limpa estavam a ser analisadas pelo SAM4. A plataforma SAM4 informou a empresa de água que as duas bombas maiores eram frequentemente utilizadas de forma ineficiente para fornecer caudais que poderiam ser cobertos de forma muito mais eficiente pela bomba mais pequena. A situação podia ser claramente visualizada na curva da bomba onde as duas bombas maiores operavam apenas um pouco mais de 20% na zona de melhores práticas e a bomba mais pequena operava três quartos do tempo na zona de más práticas.

O SAM4 determinou ainda que uma parte significativa das perdas de energia se devia ao modo de funcionamento. Utilizando as recomendações do SAM4, o cliente implementou duas alterações de configuração simples para conseguir uma bombagem mais eficiente durante os períodos de baixo caudal. Em primeiro lugar, o limite de caudal a que a bomba mais pequena fornecia caudal foi aumentado, uma vez que podia fornecer o caudal baixo de forma independente e mais eficiente do que as duas bombas maiores. Em segundo lugar, a velocidade da bomba mais pequena foi aumentada a fim de alargar ainda mais a gama de funcionamento útil da bomba mais pequena para fornecer um maior caudal à pressão necessária. Isto foi efectuado através do aumento da frequência de alimentação do VFD, sem exceder a potência nominal do motor e as capacidades da bomba. Isto resultou numa maior gama de caudal viável para a bomba mais pequena, ligando as bombas maiores apenas quando era realmente necessário. O cliente conseguiu implementar estas alterações numa questão de horas e isto não envolveu qualquer despesa de capital adicional.

Uma vez implementadas estas simples alterações ao processo, a situação antes e depois pôde ser imediatamente comparada e a melhoria calculada. As três bombas estavam a funcionar mais perto do seu melhor ponto de eficiência e a eficiência total da estação de bombagem melhorou em 7,1%.

Conclusão

A curva da bomba em tempo real SAM4 fornece um método contínuo e preciso para ver onde uma bomba está a funcionar em tempo real em relação à sua curva de bomba e, portanto, quão perto do seu BEP. Em vez de tentar adivinhar qual a próxima bomba a ser testada, a curva de bomba em tempo real do SAM4 fornece uma visão contínua sobre quais as bombas mais atrasadas e quais devem ser priorizadas.

Isto reduz a necessidade e o custo associado à realização de visitas às bombas para efetuar medições de pressão e caudal e permite às empresas detetar muito mais rapidamente os problemas associados às suas bombas. Isto reduz o tempo de inatividade, diminui os custos e proporciona uma flexibilidade muito maior na programação da manutenção.

Muitas empresas já utilizam o sistema de manutenção preditiva SAM4 que inclui o conjunto de desempenho da bomba. A suite com a sua caraterística de curva de bomba em tempo real monitoriza a saúde e o desempenho das bombas industriais (e outros equipamentos), o que ajuda a reduzir o tempo de inatividade, a perda de produção e os custos operacionais e de capital.