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Por Diogo Santos, Engenheiro Top Componentes
Economia de Energia com Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD em Bombas de Efluentes – Caso de Sucesso
Com a instalação de Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD em bombas de tratamento de efluentes (ETE), a MagnaDrive conquistou mais um caso de sucesso.
Para solucionar alguns problemas nos equipamentos críticos em sua linha de produção, a Nippon Paper Indústria de Papel e Celulose em Port Angeles, WA. USA, selecionou e adquiriu os Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD para aplicação em bomba centrífuga de tratamento de efluentes em seu processo de produção de papel e celulose.
Desafios
- Vibração excessiva
- Ambiente áspero/agressivo
- Desperdício de energia
No sistema de bombas efluentes dessa empresa, a planta trata o esgoto criado pelo processo de manufatura do papel. O sistema tem três bombas centrífugas de 100HP, com duas das bombas operando em paralelo com a bomba de efluente bruto do reservatório da estação de bombeamento principal para um clarificador.
A terceira bomba é usada como backup ou durante transtornos extremos do processo. Embora a vazão mínima exigida pelo processo de tratamento era 4.800 gpm, uma revisão do sistema mostrou que, quando ambas as bombas estavam operando com carga total, sua capacidade combinada era de 7.000 gpm.
O controle primário do sistema foi em um reservatório clarificador com controle de nível operando uma válvula de limitação e uma válvula de bypass em conjunto para manter um mínimo nível no reservatório.
À medida que o nível no reservatório subia, a válvula de limitação abria e a válvula de bypass fechava. Por outro lado, à medida que o nível no reservatório caia, a válvula de descarga fechava e a válvula de bypass abria recirculando o excesso de 2.200 gpm de volta para o reservatório da estação de bombeamento principal.
Um problema adicional com o sistema existente era que as bombas apenas poderiam ser iniciadas com carga total a partir de uma partida direta. A partida das bombas dessa forma criava surtos de vazão e golpes de aríete que levavam a tensões na tubulação do sistema, além de causar uma longa duração de correntes de rotor bloqueado que superaqueciam os motores da bomba.
Com esta planta isso também acontecia, porque as bombas estavam superdimensionadas para o processo, cavitação e excesso de vibração estavam presentes na tubulação porque o volume total do efluente a ser bombeado não estava nem perto da capacidade das bombas. As bombas estavam ficando sem vazão.
Proposta/Solução – Instalação de Acoplamentos Magnéticos Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD™
A Nippon Paper decidiu comparar o variador de velocidade com o seu sistema de válvulas. O variador de velocidade ajustável (ASD) foi mais indicado para planta do que o variador de velocidade eletrônico (VFDs) por causa de sua robustez e ausência de componentes eletrônicos delicados.
Também, o ASD MagnaDrive custou menos em comparação ao VFDs. Assim, a empresa escolheu instalar o MagnaDrive ASDs nas bombas efluentes. Usando o ASDs permitiria que a planta substituísse as operações do acelerador e da válvula de bypass, controlando a velocidade das bombas para adequar a produção do sistema aos requisitos do processo.
Resultados
A implementação do projeto aperfeiçoou o sistema de bombear efluentes e teve resultado significativo na economia de energia da planta em Port Angeles.
Com o novo sistema de bombeamento, a planta não depende mais do by-pass e das válvulas de limitação para controlar o sistema de bombeamento. O ASD pode variar a velocidade da bomba para combinar com a capacidade de saída da bomba com a vazão de processo necessária.
A nova configuração permite que a unidade opere uma das bombas com capacidade máxima enquanto opera a outra com capacidade parcial.
Assim, por não operar as duas bombas em velocidade total, a cavitação e vibração foram drasticamente reduzidas.
Além disso, por serem desacoplados dos motores das bombas, os ASD’s permitem que as bombas comecem gradualmente, o que elimina golpes de aríete na tubulação. Isso, por sua vez, diminui o estresse na tubulação e nos componentes internos do sistema, reduz as necessidades de manutenção e prolonga a vida útil do equipamento.
O gráfico, a seguir, mostra a energia que o motor demanda in kW vs. Vazão para o clarificador em gpm
A linha azul representa as duas bombas em execução, usando controle de nível e válvula de by-pass para manter o nível no reservatório da unidade.
A linha vermelha representa a economia de energia potencialmente usando ASDs MagnaDrive para controlar o nível e vazão com velocidade variada.
Usando os acionamentos para manter uma vazão média de 7 mgd (4800 gpm) para o clarificador, o cliente experimenta uma economia média de demanda de 80 kW em relação à configuração original do sistema.
Controlando o sistema de vazão usando a bomba de velocidade ao invés das válvulas de limitação, o poder que a planta demanda decaiu de 142 kW para 62 kW. A planta está economizando $35,000 e 700,000 kWh em custo de energia anual, e $15,000 por ano em custo de manutenção, dando o ponto de equilíbrio em menos de um ano.
Veja a demonstração, abaixo:
Depoimento do Cliente
“Estamos extremamente satisfeitos com a economia de energia que estamos obtendo com o Variador de Velocidade Ajustável MagnaDrive. Com a estabilidade, confiabilidade e redução dos requisitos de custo de manutenção do sistema; estamos animados sobre avançar com outras aplicações na fábrica.” – ENGENHEIRO DA NIPPON PAPER –
Retorno/Benefícios
Demonstramos, com números, a economia alcançada com o MagnaDrive:
| Custo anual de energia antes MagnaDrive | $250,369 |
| Custo anual de energia depois do Magnadrive | $214,378 |
| Economia de energia anual pelo ASDs | $35,991 |
| Custos de operação de não-energia anual Antes do MagnaDrive | $34,601 |
| Custo de operação de não-energia anual Depois MagnaDrive ASDs | $19,178 |
| Custo de operação de não-energia anual Usando MagnaDrive ASDs | $15,423 |
| Despesas Adicionais Incorridas($22,500 Per ASD) Ponto de equilíbrio ($45k) / ($51,414/yr) | $45,000 0.87 anos |
Saiba um pouco mais sobre os Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD
O Acoplamento Magnético Variador de Velocidade ASD MagnaDrive transmite torque sem conexão mecânica entre eixos motor/máquina. A interação entre magnetos permanentes (imãs) e o condutor, transmite torque suavemente, através de uma camada de ar (Air Gap) do motor elétrico para o equipamento.
Assim, os Acoplamentos Magnéticos Variadores de Velocidade MagnaDrive possuem dois componentes, os rotores condutores conectados ao eixo do motor e os rotores com magnetos conectados à máquina.
Dessa forma, eles não têm contato físico entre si, os rotores magnéticos e os rotores condutores, geram o torque e transmitem potência com segurança e eficiência, atingindo a rotação ideal de trabalho.
Além disso, é de simples instalação, absorve desalinhamentos entre eixos, elimina a propagação da vibração e consequentemente a necessidade de lubrificação, manutenção ou peças de reposição, oferecendo uma conexão extremamente durável e balanceada.
Esses Variadores de Velocidade MagnaDrive ASD são os únicos que podem ser ajustados para atender a performance exata para demanda de seu sistema e oferecer economia de energia como um subproduto.
Na TOP Componentes você encontra variadores de velocidade para bombas, agitadores, reatores, transportadores, ventiladores e outros equipamentos para sua indústria, e pode contar com a certificação e segurança da MagnaDrive.
Consulte-nos para uma demonstração de nossa tecnologia e avaliação da possibilidade de ganhos em sua produção e manutenção dos seus equipamentos.