Cálculo da economia de energia da bomba

onde N é a velocidade da bomba (rev/s), Q é a vazão (m3 /s), Δp é a pressão diferencial na bomba (Pa) e P é a potência da bomba (W). Por outras palavras, se a velocidade da bomba for reduzida para 25% do seu valor anterior, então:

• a vazão (Q) também é reduzida para 25% de seu valor anterior
• a pressão gerada pela bomba (Δp) é reduzida para 6,25% (ou seja, um décimo sexto do seu valor anterior)
• o consumo de energia da bomba (P) é reduzido para 1,6% (ou seja, um sessenta e quatro do seu valor anterior)

A mesma consequência pode ser vista quando estas relações são aplicadas à equação padrão para determinar a potência da bomba:

onde η é a eficiência geral da bomba (%).

Pode-se observar que se a velocidade da bomba for reduzida para 25%, fazendo com que o fluxo seja reduzido para 25% e a pressão da bomba seja reduzida para 6,25%, então, conforme previsto pelas leis de similaridade da bomba, a potência da bomba reduz para 1,6% (ou seja, 0,25 vezes 6,25).

Esta relação é verdadeira desde que a bomba esteja bombeando contra uma resistência fixa porque, nesta situação, a eficiência da bomba geralmente permanece razoavelmente constante, independentemente das alterações na velocidade da bomba. Portanto, se o sistema de tubulação estiver servindo uma carga uniforme de aquecimento ou resfriamento, então deverá ser possível manter a resistência do sistema constante e regular a velocidade da bomba para cima e para baixo em resposta à demanda, alcançando assim toda a economia de energia de 98,4% prevista em 25%. fluxo.

Contudo, a maioria dos sistemas atende múltiplas zonas com cargas variáveis, cada uma exigindo controle individualizado de unidades terminais. Este controle é normalmente fornecido por válvulas de controle de 2 portas que modulam o fluxo conforme necessário para se adequar à zona. Num sistema com válvulas de controle de 2 portas, a resistência geral do sistema não será fixa, mas aumentará e diminuirá à medida que as válvulas abrem e fecham.

Nesta situação, a poupança real de energia da bomba alcançável dependerá da forma como a velocidade da bomba é controlada. A maneira mais fácil de controlar a velocidade da bomba é fazê-la responder a um sinal de pressão diferencial entre dois pontos em algum lugar do sistema. As melhores opções de economia de energia são:

• varie a velocidade da bomba com base na pressão diferencial da bomba e usando uma característica de controle de velocidade integral designada pelo fabricante da bomba.
• variar a velocidade da bomba para manter a pressão constante nas extremidades do sistema (usando sensores remotos de pressão diferencial).

As consequências de cada opção em termos de características de resistência da bomba e do sistema são mostradas nas Figuras 1a e 1b. Para cada exemplo, foi assumida uma vazão mínima do sistema de 25%.

Pode-se observar na Figura 1a que os controladores integrais da bomba são capazes de gerar suas próprias características de controle de velocidade que determinam como a bomba responderá às mudanças na resistência do sistema. Pode-se observar na Figura 1a que os controladores integrais da bomba são capazes de gerar suas próprias características de controle de velocidade que determinam como a bomba responderá às mudanças na resistência do sistema. O ponto de operação da bomba sempre estará em algum lugar nesta característica. A Figura 1a mostra uma característica de controle em linha reta, mas os fabricantes de bombas também podem fornecer características curvas que proporcionam maiores reduções na velocidade da bomba para as mesmas condições operacionais.

As bombas controladas desta forma têm a vantagem de evitar a necessidade de sensores remotos de pressão diferencial. No entanto, com todos os controladores integrais, presume-se que o sistema tenha um padrão de carga razoavelmente uniforme e previsível e que todas as válvulas de 2 portas abrirão e fecharão aproximadamente juntas. Se o padrão de carga não for uniforme, ou seja, é provável que alguns circuitos permaneçam totalmente abertos enquanto a maioria fecha, então existe o risco de os circuitos totalmente abertos ficarem sem fluxo à medida que a velocidade da bomba diminui.

A utilização de sensores remotos de pressão diferencial nas extremidades do sistema é uma forma mais precisa de controlar a velocidade da bomba. A velocidade da bomba é controlada de forma que a pressão mínima projetada esteja sempre disponível em cada extremidade. Portanto, como mostrado na Figura 1b, o ponto de operação da bomba com carga parcial pode estar em qualquer lugar dentro de uma faixa de valores entre as condições de carga máxima e mínima. Vários sensores são necessários porque em um sistema de fluxo variável onde as válvulas de 2 portas podem fechar em ordem aleatória, o índice do sistema pode não permanecer em um local, mas pode se mover para diferentes partes do sistema.

Pode ser visto na Figura 1b que para um sistema controlado desta forma o ponto operacional de carga mínima não é fixado por nenhuma característica de controle pré-determinada, mas é livre para cair tanto quanto necessário. É, portanto, provável que a utilização de sensores remotos proporcione maiores poupanças de energia do que se forem utilizados controladores de velocidade integrados.

Para cada método de controle de velocidade da bomba, a economia de energia da bomba alcançável entre as condições de carga máxima e mínima será igual à diferença entre a potência da bomba de carga máxima e mínima, ou seja:

Economia de energia da bomba = (Δp₁ Q₁ / η₁) – (Δp₂ Q₂ / η₂)

Ao traçar a perda de pressão de carga máxima e mínima e as condições de vazão na curva da bomba do fabricante da bomba, a mudança na eficiência da bomba e a consequente economia de energia podem ser determinadas. Contudo, para completar este cálculo, as funções da bomba precisam ser estimadas para condições de carga máxima e mínima. Isto pode exigir a repetição do exercício de dimensionamento da bomba.

CIBSE Knowledge Series — Sistemas de tubulação de fluxo variável