Acionamentos Hidrodinâmicos para Aplicações de Bombas Industriais

Energia e eletricidade são uma parte essencial da vida moderna e importantes para a economia mundial. As tendências globais de energia mostram a demanda por soluções tecnológicas inteligentes que devem fornecer a maior confiabilidade possível e resistir a todos os perigos futuros. Os rigorosos requisitos das normas aplicadas nestas indústrias devem ser seguidos para garantir uma operação segura. O paradigma econômico moderno também dita a necessidade de maximizar a eficiência operacional.

Equipamentos rotativos, e bombas industriais em particular, são os equipamentos mais críticos em termos de confiabilidade e eficiência. A seleção adequada de uma bomba industrial é importante para todo o processo. As bombas industriais modernas também devem garantir alta eficiência em vários regimes de operação, onde não apenas a carga e a capacidade estão mudando, mas também os dados do fluido, como gravidade específica e viscosidade. A regulagem da bomba é comumente usada para atender a esse requisito.

Este artigo descreve diferentes formas de regulação de bombas com seus destaques e mostra o custo total de propriedade para várias aplicações. Neste artigo, os usuários aprenderão como a regulação de velocidade e a aplicação de um acoplamento hidráulico em particular ajudam a aumentar a confiabilidade e a eficiência de todo o processo operacional.

A imagem 1 mostra três métodos principais de controle da bomba: estrangulamento, uso de um acoplamento hidráulico e um inversor elétrico de frequência variável (VFD).

No caso do controle de aceleração, a bomba é acionada diretamente por meio de um motor elétrico de velocidade fixa que está rigidamente conectado à bomba por meio de um acoplamento (geralmente do tipo espaçador). O controle do cabeçote e da capacidade da bomba é então feito por meio de uma válvula reguladora instalada na linha de descarga da bomba. Um alto nível de desgaste na válvula do acelerador e uma grande queda na eficiência tornam esse método de controle limitado na aplicação e geralmente é usado se apenas uma faixa de controle estreita for necessária.

Ambos os métodos, via acoplamento fluido ou VFD, usam controle de velocidade. No caso de uma aplicação VFD, a bomba e o motor (normalmente acoplados por meio de um acoplamento do tipo espaçador) estão girando na mesma velocidade fornecida pelo VFD. Na opção de acoplamento hidráulico, é utilizado um motor padrão de velocidade fixa, e o controle de velocidade é feito através do acoplamento hidráulico. Portanto, as aplicações de VFD e acoplamento de fluido requerem motores diferentes. No caso de controle VFD, um motor deve ser equipado com um rolamento isolado, bem como motores adequados para VFD com um fator de serviço maior em comparação com os motores de velocidade fixa. Isso pode levar a um tamanho de carcaça maior do motor e custos adicionais relacionados. A aplicação de um acoplamento fluido permite o uso de um motor de velocidade fixa padrão, o que é um benefício adicional em termos de preço e confiabilidade.

O conceito de acoplamento de fluido usa o princípio da transmissão de torque por meio da circulação de fluido entre dois impulsores. A energia mecânica do acionador é convertida em energia cinética através da roda da bomba, portanto em energia do fluxo do fluido (óleo), e a partir daí é novamente convertida em energia mecânica na roda da turbina. A velocidade da roda da turbina pode ser alterada alterando a quantidade de óleo circulante (usando um tubo escavado ou coletor, essas máquinas são chamadas de acoplamentos de fluido) ou usando palhetas ajustáveis ​​(essas máquinas são chamadas de conversores de torque).

Como não há contato direto de metal entre o acionador e a máquina acionada (o óleo atua como o meio que transmite o torque), o desgaste não é típico para esse tipo de transmissão de torque.

O projeto e os principais componentes do acoplamento hidráulico são mostrados na Figura 2. O fluxo de óleo circula pelo resfriador de óleo por meio de uma bomba de óleo, que é acionada pelo eixo do acionador por meio de uma engrenagem. O fluxo de óleo é alimentado para a roda da bomba, que é rigidamente acoplada ao eixo de acionamento, onde é acelerada e descarregada para a roda da turbina, que é rigidamente acoplada ao eixo da máquina acionada (bomba).

Alterar a posição do tubo coletor altera a quantidade de óleo que contribui para o processo de transmissão de energia. A consequência resultante: mais óleo no acoplamento de fluido aumenta a velocidade de saída para a bomba ou vice-versa. Há sempre um escorregamento mínimo em torno de 2% que resta para transmitir energia entre a roda da bomba e a roda da turbina. A imagem 3 mostra como o acoplamento se comporta ao longo da curva característica de acordo com a posição do tubo coletor. A faixa típica de controle de velocidade por meio de acoplamento de fluido de 20% a 98% da velocidade do motor.