Aciplas - Sua solução em Transporte de Fluídos Corrosivos e Abrasivos
Estudo do impacto da escolha do material de tubulação no consumo de energia em sistemas bombeados e porquê você deveria usar plástico.
Nas operações de transporte de fluídos é admitido que se tenha uma perda de carga pequena a ponto de gerar muito esforço de bombeamento para que não represente um alto custo de energia. Para que isto seja possível, deve-se determinar um diâmetro econômico de tubulação.
O fluído bombeado passa por variações de pressão causadas pela variação na elevação da tubulação, velocidade de escoamento e pela perda de carga fruto do contato do fluído com uma superfície rugosa. Quanto maior o grau de aspereza e da regularidade da superfície interna, maior a perda de carga.
Tubulações metálicas sofrem alterações ao longo do tempo de uso. Surge a corrosão, a formação de incrustação e tuberculização.
Quando isso acontece, a capacidade de escoamento da tubulação é reduzida pelo aumento da perda de carga. Com uma vazão reduzida, o operador precisa compensar essa diminuição tendo como alternativa as seguintes opções:
1. Modificar o sistema de bombeamento colocando nova bomba em paralelo;
2. Aumentar período de bombeamento quando possível;
3. Executar a limpeza de superfície interna da tubulação quando possível;
4. Substituir a tubulação existente por uma nova.
As principais grandezas que influenciam a perda a perda de carga são:
Apesar de ser fácil obter o coeficiente de atrito para os materiais novos, fazer a determinação do coeficiente de atrito de tubulações antigas só é possível ao se medir a rugosidade interna da tubulação, algo que não é trivial. E é por isso que raramente se avalia os impactos futuros do envelhecimento da tubulação causados pelas incrustações e tuberculização.
O fato é que todas as estruturas físicas estão sujeitas ao envelhecimento, seja pela redução da resistência mecânica, modificação da coloração, aumento da rugosidade entre outras. No caso das tubulações, a rugosidade aumenta com o tempo em consequência da incrustação e da corrosão, perdendo diâmetro interno.
A metodologia para determinação dos coeficientes de perda de carga foi feita a partir das investigações de Hazen-Williams tendo sido calibrada com dados de campo levantados ao longo de uma campanha de monitoramento das perdas de um sistema. Disso nasce a tabela 1 abaixo:
Os coeficientes de perda de carga “f” da equação de Darcy-Weisbach foram obtidos através da relação apresentada acima, dos coeficientes da equação de Hazen-Williams mostrados na tabela 1 e para velocidades variando de 0,2 a 3,0 m/s.
Para avaliar o custo da perda de carga na tubulação metálica ao longo do tempo foi realizado o estudo a seguir.
Foi utilizado como exemplo uma instalação elevatória com uma vazão de 70 litros por segundo suficiente para abastecer um sistema para 10.000 habitantes. O tempo de bombeamento projetado é de 8 horas e o desnível entre captação de água e a estação de tratamento é de 50 metros. A tubulação é de ferro fundido, com 1500 metros de comprimento e diâmetro de 200mm com coeficiente de perda de carga "f" igual a 0,013 e perda de carga, apenas no trecho de recalque, de 24 metros. O conjunto moto bomba tem potencial de 110cv. A tarifaria de energia considerada no estudo foi de R$/MWh 220,00. O retorno (playback) desta instalação é de 20 anos com uma taxa de 12% a.a.
A figura abaixo representa a instalação:
As perdas serão calculadas com base no aumento do fator perda de carga "f" da tabela 1. Para o estudo foi adotada uma simplificação que consiste em adotar a vazão de cálculo sendo bombeada por um único conjunto moto bomba.
Com isso foi obtido o gráfico abaixo com a curva do conjunto moto bomba versus vazão do sistema do ano 0 (zero) ao ano 30 (trinta):
O resultado é a tabela 2 abaixo que representa o impacto da perda de carga no custo de energia de bombeamento da estação elevatória.
Pode-se observar que o custo de energia para manter a vazão média de 70 litros por segundo para o abastecimento desse sistema é crescente e alcança valores bastante significativos.
A tubulação deveria sofrer intervenções de limpeza, tratamento superficial ou substituição com o intuito de voltar a perda de carga a valores próximos ao do ano 0 (zero). Essa intervenção deve ser feita no momento em que o custo de energia complementar for igual ou maior ao custo de intervenção, isso se não houver o surgimento de outros problemas como furos, vazamentos, quebras em função do envelhecimento dos tubos.
Fica claro que identificação dos custos incrementais de bombeamento de água mostra que o crescimento do consumo de energia pode chegar a até 61 % em 30 anos. Além disso, o valor presente para a energia complementar pode alcançar um montante de até R$ 215.149,94 (30 anos).
Dessa forma fica evidente que se deve avaliar a pertinência de uma limpeza periódica ou até mesmo da substituição da tubulação quando a limpeza for tecnicamente inviável.
Diferentemente dos materiais metálicos, os materiais termoplásticos não sofrem corrosão, possuem baixa rugosidade comparada ao aço e menor suscetibilidade à incrustação.
As tubulações plásticas são grandes aliadas na mitigação do aumento do consumo de energia ao longo do tempo ou na redução do consumo de energia quando se considera uma substituição de tubulações existentes por novas em termoplásticos.
Apesar de ser um material excelente para diversas aplicações, na prática nas indústrias o plástico ainda é percebido pelos usuários como sendo aplicável em apenas 15% das possibilidades, mas hoje já pode atender a cerca de 75% das demandas com segurança e confiabilidade.
Existem plásticos hoje aprovados para trabalhar com temperaturas de -50ºC até 140ºC e pressões de vácuo a 16 kgf/cm2.
Com aplicações que variam desde sistemas de distribuição de água, redes de combate a incêndio enterradas e de sprinklers, sistemas de resfriamento e água gelada, linhas de transporte e dosagem produtos químicos, ar comprimido, gases e também de fluídos e aplicações sanitárias de alta pureza em laboratórios e farmacêuticas como água purificada (PW), água ultrapura (UPW), água para injetáveis (WFI) entre outros.
Das utilidades até as tubulações de processo, existe um termoplástico adequado para cada aplicação.
O nosso papel não ser apenas um agente educador sobre os benefícios do plástico, mas também um parceiro na seleção, especificação, fornecimento e montagem dessas tubulações no mais alto nível de qualidade, para que seja possível ter os ganhos reais que essa mudança de paradigma oferece.
Se você quer saber mais sobre como a Aciplas | Terbrio pode te ajudar, nos envie um e-mail em ivogusmao@terbrio.com.br e me conte seus desafios.
