Muitos atuantes na área de métodos e processos e desenvolvimento de produtos focam seus esforços em eliminar desperdícios que envolvam ferramentas Lean. Isso está errado? É claro que não!

No entanto, há informações que podem acelerar o processo de encontro da causa raíz.  Por exemplo: sistemas de bombeamento estão entre os maiores consumidores de energia dentro da indústria e das operações de saneamento.

Na grande maioria dos casos, as bombas operam de forma contínua durante os processos e ao longo de décadas. O uso de válvulas para o controle de fluxo passa a ser normal e está tudo bem.

Mas será que tudo bem mesmo? Bom… a verdade é que a filosofia de controle precisa ser revisada.

O controle de vazão ou pressão ao longo do tempo diz muito sobre as contas de energia altíssimas que você paga.

Além do aumento do consumo energético, uma bomba operando acima da necessidade pode provocar desgastes prematuros, sobrepressões na linha, vazamentos e até rompimentos de tubulações.

Vemos, portanto, que o desperdício é parte de um grande problema, mas ainda não é o problema todo. Custos relacionados à manutenção e a redução da confiabilidade operacional caminham juntos, formando um verdadeiro apocalipse.

E você, tem ideia para onde este assunto está sendo direcionado? Se não, se acalme… Ainda há tempo para aprender e corrigir os erros presentes em sua planta industrial. Fique por aqui e descubra o que isso tem a ver com o consumo excessivo de energia da sua bomba.

O impacto oculto da partida direta em bombas

Não sei se você sabe, mas a grande maioria dos sistemas hidráulicos são acionados por partida direta, conhecida no inglês como DOL (Direct On Line).

Este é um método simples e conhecido, sendo o mais utilizado, mas o problema é que ele pode gerar um efeito bem agressivo ao sistema.

Isso ocorre exatamente na partida da bomba, a qual é acionada em velocidade máxima. Neste momento, ocorre um aumento abrupto da pressão na descarga, enquanto na sucção ocorre uma queda repentina de pressão.

Este fenômeno cria os chamados transitórios hidráulicos, mas que ganham um nome popular: golpe de aríete.

E o que seria o golpe de ariete na prática?

Na prática, a partida brusca faz com que ondas de pressão percorrem a tubulação em grande velocidade, e os pontos mais frágeis da instalação sofrem com isso, simplesmente porque essas pressões transitórias superam, em muitos casos, a pressão nominal da linha.

Embora não pareça, este evento pode passar despercebido, já que sistemas convencionais de telemetria não registram fenômenos transitórios rápidos o suficiente para diagnosticar o fenômeno corretamente.

Quando levamos este problema à aplicações como de saneamento, temos um cenário ainda pior, já que medições de alta velocidade já identificaram centenas de variações bruscas de pressão acontecendo em frações de segundo ao longo da rede.

E o que ganhamos (ou perdemos) com isso?

• Rompimento de tubulações;
• Vazamentos recorrentes;
• Aumento de manutenção corretiva;
• Desgaste prematuro de conexões e válvulas;
• Redução da vida útil das bombas.

Financeiramente falando, as operações de água e saneamento perdem rios de dinheiro, já que um único vazamento envolve custos relacionados a detecção, escavação, reparo e paralisação operacional.

A relação entre velocidade da bomba e consumo de energia

Outro ponto que é negligenciado com frequência, é: muitas bombas operam em velocidades superiores à real necessidade do processo.

Em aplicações centrífugas, por exemplo, a potência consumida possui forte relação com a rotação do motor.

De forma simplificada, isso ocorre devido às leis de afinidade das bombas, conhecidas como leis do cubo, em que:

• A vazão varia proporcionalmente à velocidade;
• A pressão varia com o quadrado da velocidade;
• A potência varia aproximadamente com o cubo da velocidade.

Isso significa que pequenas reduções na velocidade podem gerar economias energéticas extremamente relevantes.

“Como posso traduzir isso em situações práticas?”

Consideremos uma bomba de 100 kW, operando continuamente em velocidade máxima durante 100 horas, para esvaziar um tanque. Essa bomba pode consumir, facilmente, 10.000 kWh de energia.

No entanto, se reduzirmos essa velocidade de acionamento do motor da bomba para 80% através de um inversor de frequência, teremos a seguinte situação:

1. Para atender à necessidade em baixa velocidade, o sistema deve manter a operação por mais tempo;
2. Com a baixa na velocidade de acionamento, menor a potência consumida.

Nesse cenário, o consumo pode cair para aproximadamente 6.250 kWh, representando uma economia próxima de 35%.

“Todos os processos permitem essa flexibilização?”

Não. Nem todos os processos permitem esse tipo de flexibilização operacional.

No entanto, você vai ganhar exatamente naqueles que permitem, pois também são diversas as aplicações industriais que trabalham com margens de vazão e pressão maiores do que o necessário para garantir segurança operacional.

A maioria dos sistemas hidráulicos foram dimensionados para condições máximas de operação, mas não faz sentido algum utilizar a bomba em velocidade plena em todo o momento, se não há de fato uma situação crítica que exija este esforço.

Com o inversor, o ajuste acontece diretamente na rotação do motor, tornando o processo mais eficiente.

Acontece que isso abre espaço para otimizações importantes.

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Como o inversor de frequência reduz perdas no bombeamento

Portanto, o inversor de frequência surge como um dispositivo que atua de forma direta no controle da velocidade do motor da bomba, ajustando sua operação conforme a demanda real do sistema.

Isso contradiz o controle tradicional realizado por válvulas industriais que “mascaram” um controle de processo em que a bomba parte e permanece em rotação máxima.

Desta maneira, o dispositivo também reduz drasticamente os picos de pressão e suaviza o comportamento hidráulico da linha.

Além da partida suave, o controle contínuo de velocidade oferece benefícios importantes:

• redução do consumo energético;
• menor incidência de golpe de aríete;
• diminuição de esforços mecânicos;
• aumento da vida útil da tubulação;
• redução de desgaste em selos e mancais;
• maior estabilidade de pressão na rede.

Conclusão

As bombas industriais não devem ser julgadas apenas pela sua capacidade de movimentar fluidos, mas também pela forma em que o fazem.

A operação má realizada influencia diretamente no consumo energético, integridade da tubulação e confiabilidade do processo.

Neste cenário, os inversores de frequência são vistos como algo além de dispositivos de automação e passam a fazer parte de ferramentas estratégicas para eficiência energética, proteção hidráulica e aumento da vida útil dos sistemas de bombeamento.

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FAQ – Bombas centrífugas e inversores de frequência

1. O que é golpe de aríete em sistemas de bombeamento?

O golpe de aríete é um fenômeno causado por variações bruscas de pressão na tubulação, podendo provocar vazamentos, rompimentos e desgaste prematuro dos componentes.

2. Como o inversor de frequência ajuda a reduzir o consumo de energia?

Ele ajusta a velocidade do motor da bomba conforme a demanda do processo, evitando que o equipamento opere constantemente em rotação máxima.

3. Toda aplicação com bomba centrífuga pode gerar economia com inversores de frequência?

Não. Os maiores ganhos ocorrem em sistemas com variação de vazão ou pressão, nos quais a velocidade da bomba pode ser ajustada conforme a necessidade operacional.

4. Quais são os benefícios do inversor de frequência em sistemas de bombeamento?

Além da economia de energia, o equipamento reduz o golpe de aríete, aumenta a vida útil das tubulações e diminui os custos de manutenção.