Como especificar e testemunhar um teste de performance de bomba centrífuga
Para uma bomba sujeita a serviço crítico, seja ela nova, usada e recentemente modificada ou recém reformada, é rotineiro que o usuário final especifique um teste de aceitação de performance hidráulica para garantir o desempenho da bomba. Os testes de performance podem ser complexos e envolvem inúmeras variáveis.
As configurações dos loops de testes podem variar tanto no projeto do sistema como na seleção da instrumentação. A figura 1 mostra um exemplo de loop de testes vertical, tipo open pit, para testar bombas verticais de grande capacidade, contudo, encontram-se nas indústrias uma grande variedade de loops de teste.
Figura 1 – Loop de testes open-pit para bombas verticais de alta capacidade
As aplicações de bombas podem apresentar uma ampla gama de requisitos de tolerância para vazão, altura manométrica (head), eficiência, potência (BHP – brake horsepower) e NPSHR (net positive suction head required). Por essa razão, a indústria de bombas adotou normas de teste que são utilizadas para detalhar a metodologia de teste das bombas centrífugas e definir quando uma bomba atendeu as especificações de performance.
O usuário final deve assegurar que a norma de teste, juntamente com o grau de aceitação, está especificada adequadamente desde o começo no contrato de fornecimento, baseado nos requisitos específicos do sistema de bombeamento.
Checklist
O checklist apresentado a seguir é baseado principalmente nos testes conforme norma 14.6 do Hydraulic Institute (HI), embora as especificações ASME (American Society of Mechanical Engineers) e API (American Petroleum Institute) podem ser utilizadas com resultados equivalentes.
Os usuários finais também devem especificar no pedido de compras se eles gostariam de testemunhar ou não os testes de aceitação. Os testes testemunhados tipicamente são acompanhados de um aumento de custo; contudo, essa prática permite ao comprador estar presente durante os testes e coleta de dados, assegurando a integridade dos mesmos. Muitas instalações modernas oferecem testemunho remoto via web cams e compartilhamento de telas. Isso elimina as despesas de viagem para o comprador, alcançando o objetivo de ter um teste testemunhado.
Para os testes testemunhados on-site, o checklist a seguir oferece ao usuário final um guia útil para assegurar um processo preciso e bem-sucedido.
Antes do teste
-Verificar que qualquer correção de elevação necessária seja feita nas leituras da altura manométrica. A menos que os instrumentos de pressão estejam precisamente localizados nas linhas de centro da sucção e descarga, uma correção da carga deve ser feita para corrigir a diferença entre a elevação da linha de centro da bomba e a elevação da medição.
-Assegurar que um trecho reto de tubo liso com 10 diâmetros de comprimento esteja presente antes da seção de medição de vazão e outro trecho com 5 diâmetros de comprimento esteja presente após a seção de medição de vazão. Isso garante um perfil de velocidade totalmente desenvolvido e uniforme na seção de medição de vazão.
-Verificar que as tomadas de pressão estejam afastadas de no mínimo dois diâmetros de tubulação dos flanges de sucção e descarga. Isso garante um perfil de velocidade totalmente desenvolvido e uniforme na seção de medição de pressão.
-Confirmar que a metodologia para o cálculo do BHP da bomba atende as expectativas. Se a tensão de alimentação é usada juntamente com a eficiência de placa, garantir que o teste está sendo conduzido na rotação nominal ou de teste com um sinal elétrico puro (tensão da rede). Se o motor é alimentado com variador de frequência (VFD), a eficiência de placa não é mais válida, especialmente em velocidades diferentes. O método mais preciso para determinar o BHP é com um transdutor de torque e tacômetro. A maioria dos transdutores de torque comerciais acoplam diretamente entre o motor e a bomba (ver figura 2). Eles são projetados para fornecer dados calibrados para torque e rotação (rpm).
-Verificar se a rotação está sendo medida precisamente com um tacômetro calibrado. Usar a rotação nominal do motor para cada ponto de vazão resultará em imprecisões. O escorregamento do motor muda quando as condições de carga mudam ao longo da curva BHP/torque da condição de shutoff (vazão nula) da bomba para a condição de run-out (vazão máxima).
-Verificar se a água que está sendo usada atende os requisitos de limpeza e teor de cloretos, especificamente para bombas construídas em aço inoxidável austenítico para aliviar as preocupações com corrosão sob tensão.
É prudente verificar com antecedência à data da realização do teste, antes da bomba ser enchida com água.
-Discutir quantos e quais pontos de vazão serão testados. A maioria das normas especifica um mínimo de cinco pontos de teste. Contudo, o comprador pode escolher ter um número maior de pontos testados para melhor definir a curva de performance. A maioria das normas também especifica dois pontos requeridos. Um ponto de teste deve ser tomado entre -5 e 0 porcento, enquanto o outro deve ser tomado entre 0 e +5 porcento da vazão garantida. Os demais pontos podem estar uniformemente distribuídos ao longo da faixa operacional ou em vazões específicas solicitadas pelo comprador, por exemplo: shutoff, vazão mínima, run-out, etc.
-Solicitar um briefing de segurança para discutir os riscos em potencial antes do início do teste. Os testes de aceitação de performance hidráulica são conduzidos com sistemas de tubulação temporários, suportes estruturais móveis customizados e na presença de energia elétrica com tensão e corrente elevadas. Cuidados devem ser tomados por todas as partes envolvidas para garantir que o teste seja realizado com segurança.
Durante o teste
-Após a partida, tenha certeza que as linhas dos instrumentos foram ventadas ou purgadas de todo ar. Bolsas de ar ou bolhas podem causar significativas imprecisões de medição.
-Para testes grau 1 (N.T.: grau 1 é o mais rigoroso da norma de testes 14.6 do HI), assegure que os manômetros estão fazendo as leituras a partir de um manifold circular, consistindo de quatro tomadas de pressão. A figura 3 mostra o arranjo básico de um manifold circular em duas linhas de testes separadas. Antes de tomar qualquer ponto do teste, o fluxo deve ser verificado quanto a ausência de redemoinhos ou assimetria que podem afetar a precisão da medida. O procedimento para verificar isso é simples. Depois da partida, obtenha uma vazão estável no ponto garantido. Cada uma das tomadas de pressão deve então ser isolada, uma de cada vez, e a leitura da pressão registrada. Se uma das leituras variar de mais de 0,5 porcento da média aritmética das medidas, ou de mais de 1 vez do valor da pressão dinâmica na seção de medição, foi detectada a existência de redemoinho ou assimetria, que deve ser corrigido antes da realização do teste. Uma condição de redemoinho é facilmente corrigida com a instalação de um estabilizador de fluxo à montante das tomadas de pressão.
Figura 3 – Manifold circular em linhas de teste
-Para testes de bombas verticais em open-pit, verificar se não há vórtices na superfície da água se estendendo para baixo até a entrada da bomba. Esses vórtices podem afetar significativamente a performance da bomba.
-Assegure que após cada mudança no ajuste da vazão, a amplitude da flutuação para cada parâmetro medido seja aceitável dentro dos limites da norma de teste. Este critério deve ser atendido após no mínimo 10 segundos; contudo, muitos laboratórios de teste usam um valor mais conservador, de cerca de dois minutos, para cada vazão antes de tomar os dados.
Após o teste
-Verifique todos os pontos calculados incluindo carga dinâmica total (TDH – total dynamic head), BHP, eficiência da bomba e NPSHR usando os dados brutos dos instrumentos e as equações publicadas nas normas de teste ou em outras fontes confiáveis. Os dados corrigidos para rotação nominal e densidade específica (SG) também devem ser rechecados. As correções podem ser obtidas usando a análise dimensional e semelhança física e a relação das densidades específicas de teste e de operação. Essas correções podem ser significativas e não devem ser desconsideradas.
A figura 4 mostra as curvas de teste bruta e corrigida para uma bomba vertical de um estágio. Notar as diferenças entre as mesmas, principalmente na eficiência. É recomendado preparar uma planilha Excel antes da visita de modo a rapidamente verificar os dados calculados após o teste.
Figura 4 – Curvas de teste (à esquerda) e corrigida (à direita)
-Verificar o certificado de calibração de cada instrumento utilizado no teste, os quais deverão ser incluídos no relatório final de testes (e no data book). Assegurar que nenhum dos instrumentos esteja fora do seu intervalo de calibração e que foram calibrados em laboratórios reconhecidos e com normas rastreáveis. Também, verificar se a precisão nominal do instrumento é menor do que a incerteza máxima permissível especificada na norma de teste.
-Confirmar que a curva de performance corrigida atende os requisitos contratuais, baseado nos valores de tolerância da norma de teste. É recomendável realizar essa verificação antes de remover a bomba da bancada de teste, caso seja necessário repetir o teste.
Embora este checklist sirva como uma ferramenta útil para os usuários finais encarregados de especificar e testemunhar os testes de performance, a responsabilidade de realizar um teste preciso cabe ao laboratório aonde são conduzidos os testes.
O entendimento dos testes de performance e das normas associadas permite aos usuários finais assegurar a performance do equipamento enquanto adicionam valor ao processo de suprimentos / reforma.
Nota: artigo de autoria de Jim Aubrey, gerente de engenharia da Rotating Equipment Repair Inc.
Fonte: Pumps and Systems (www.pumpsandsystems.com), adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br
