Pressurização constante e mitigação do golpe de aríete: automação de redes hidráulicas e boosters de água
Manter uma rede hidráulica pressurizada parece simples: quando há consumo de água, a bomba liga; quando o consumo termina, ela desliga.
Na prática, porém, sistemas prediais, comerciais, industriais e redes de distribuição podem apresentar grandes variações de demanda ao longo do dia. Em determinados momentos, diversos pontos consomem água simultaneamente. Em outros, a demanda é mínima ou praticamente inexistente.
Quando a bomba trabalha apenas com comandos convencionais de liga e desliga, essas mudanças podem resultar em oscilações de pressão, partidas frequentes e alterações bruscas na velocidade da água dentro da tubulação.
Uma alternativa é utilizar um sistema booster automatizado com Inversor de Frequência Apollo e transdutor de pressão.
Nesse tipo de aplicação, o objetivo deixa de ser simplesmente ligar a bomba e passa a ser entregar a pressão necessária conforme a demanda real da rede.
O que é um sistema booster de pressurização?
Um sistema booster é utilizado para elevar e manter a pressão da água em uma instalação.
Ele pode ser encontrado em diferentes aplicações, como:
- edifícios residenciais e comerciais;
- condomínios;
- hotéis e hospitais;
- indústrias;
- sistemas de irrigação;
- redes de abastecimento e distribuição;
- processos que precisam de pressão hidráulica controlada.
Em vez de manter a bomba constantemente em sua rotação máxima, um sistema com Inversor de Frequência pode ajustar a velocidade do motor de acordo com a necessidade instantânea da rede.
Para isso, é necessário saber o que está acontecendo na tubulação.
É aí que entra o transdutor de pressão.
Transdutor de pressão 4 a 20 mA: a informação que chega ao inversor
O transdutor é instalado em um ponto estratégico da rede e realiza continuamente a leitura da pressão.
Essa medição pode ser convertida em um sinal analógico padronizado, como 4 a 20 mA, e enviada ao sistema de controle.
O inversor utiliza essa informação como referência para ajustar a velocidade da bomba.
Imagine, por exemplo, que determinada instalação tenha uma pressão definida como objetivo de operação.
Quando vários pontos começam a consumir água, a pressão tende a cair.
O sensor identifica essa alteração e envia a nova informação ao controle. O inversor pode então aumentar a frequência do motor, fazendo a bomba responder à maior demanda.
Quando o consumo diminui, ocorre o movimento contrário: a pressão tende a subir e a velocidade da bomba pode ser reduzida.
Dessa maneira, forma-se um sistema de controle em malha fechada.
O sensor mede, o inversor interpreta e a bomba responde.
Pressão constante mesmo com demanda variável
Essa capacidade de ajustar a velocidade é particularmente interessante em instalações nas quais o consumo muda constantemente.
Em um edifício, por exemplo, dezenas de pontos podem ser abertos e fechados em horários diferentes.
Sem modulação, a bomba pode trabalhar com uma condição muito diferente daquela realmente necessária naquele momento.
Com o controle por pressão, a rotação passa a acompanhar a demanda.
Isso permite trabalhar para manter a pressão próxima ao valor estabelecido pelo projeto, proporcionando maior estabilidade hidráulica e evitando que a bomba opere continuamente em velocidade máxima quando isso não é necessário.
Função Sleep: quando não há consumo, a bomba pode parar
O que acontece quando praticamente ninguém está utilizando água?
Manter a bomba girando apenas para sustentar uma condição sem demanda pode representar funcionamento desnecessário.
É nesse cenário que entra a função Sleep.
Quando o sistema identifica uma condição de baixa demanda por determinado período e os parâmetros configurados são atendidos, o inversor pode reduzir a velocidade e colocar a bomba em estado de repouso.
A bomba é desligada, mas o sistema continua preparado para voltar a operar quando necessário.
Além de evitar funcionamento desnecessário, essa estratégia pode reduzir horas de operação do conjunto.
Wake-up: a demanda voltou, o sistema também
A função Wake-up complementa o Sleep.
Quando alguém abre um ponto de consumo, a pressão da rede começa a mudar.
Ao atingir a condição programada para retomada, o sistema reconhece novamente a necessidade de bombeamento e volta a acionar a bomba.
A diferença é que essa retomada pode ocorrer por meio de uma rampa de aceleração.
Assim, em vez de simplesmente aplicar uma partida abrupta, o motor aumenta sua velocidade progressivamente até alcançar a condição necessária para restabelecer a pressão.
Sleep e Wake-up permitem, portanto, criar uma operação automatizada de acordo com o comportamento real da rede.
Partidas e paradas bruscas também afetam a tubulação
O controle de velocidade não beneficia somente a bomba e o motor.
A água possui massa e velocidade. Quando seu movimento dentro de uma tubulação muda rapidamente, podem surgir variações de pressão.
Um dos fenômenos associados a essas mudanças é o golpe de aríete.
Paradas bruscas, fechamento rápido de válvulas e mudanças repentinas no escoamento podem produzir ondas de pressão que se propagam pela rede.
Dependendo da intensidade e das características da instalação, esses transientes podem aumentar os esforços sobre conexões, válvulas, registros e tubulações.
Como o inversor ajuda a mitigar o golpe de aríete?
Com um Inversor de Frequência, a aceleração e a desaceleração da bomba podem ser realizadas por meio de rampas.
Isso permite que determinadas mudanças de velocidade ocorram de forma mais progressiva.
Em vez de levar rapidamente o sistema de uma condição de repouso para uma vazão elevada, a bomba pode acelerar gradualmente.
O mesmo princípio pode ser utilizado na desaceleração, respeitando as características hidráulicas da instalação.
Quando corretamente configuradas, essas rampas ajudam a reduzir transientes de pressão associados a alterações bruscas de velocidade.
O resultado pode ser uma operação hidráulica mais suave e com menor solicitação sobre diversos componentes da rede.
Menos oscilações, menor exposição da rede a esforços desnecessários
Tubulações são dimensionadas para trabalhar dentro de determinadas condições de pressão.
Quando uma instalação sofre continuamente com variações bruscas, seus componentes podem ser submetidos a solicitações adicionais.
Conexões, válvulas, juntas, registros e outros elementos fazem parte desse conjunto.
O controle de pressão associado à modulação da bomba ajuda a manter o sistema mais próximo das condições definidas no projeto e a reduzir alterações abruptas provocadas pelo acionamento.
Isso pode contribuir para diminuir esforços hidráulicos associados a picos de pressão e, consequentemente, reduzir fatores que podem favorecer vazamentos ou rupturas.
É importante destacar que o inversor não substitui o correto dimensionamento hidráulico. Tubulação, válvulas, vasos de expansão, dispositivos de proteção e demais componentes precisam ser especificados conforme as características de cada instalação.
Proteção contra falta de água e marcha a seco
Existe ainda outro problema importante em sistemas de bombeamento: a bomba continuar funcionando quando não existe água suficiente disponível.
Essa condição é conhecida como marcha a seco.
Dependendo do tipo de bomba, operar sem água pode provocar aquecimento e danos em componentes como selos mecânicos e outras partes internas.
Por isso, sistemas automatizados podem incorporar estratégias de detecção e proteção contra falta de água.
De acordo com a configuração da instalação e os recursos disponíveis no sistema, o inversor pode utilizar informações de sensores, entradas de proteção ou parâmetros de funcionamento para interromper a operação quando uma condição anormal for identificada.
Assim, a automação não atua somente para controlar pressão, mas também para proteger o conjunto.
Um sistema que responde à demanda
Quando todos esses recursos trabalham em conjunto, o funcionamento de um booster deixa de seguir uma lógica simples de liga e desliga.
O sistema passa a responder às condições reais da instalação:
a pressão caiu: a velocidade pode aumentar.
a demanda diminuiu: a velocidade pode ser reduzida.
não existe consumo: a função Sleep pode colocar a bomba em repouso.
o consumo retornou: o Wake-up pode retomar a operação.
uma condição de falta de água foi identificada: a proteção pode interromper o funcionamento.
Tudo isso permite criar uma estratégia de pressurização muito mais dinâmica.
Inversor Apollo na automação de sistemas de pressurização
O Inversor Apollo pode ser utilizado como elemento de controle em sistemas de bombeamento e pressurização que exigem maior automação.
Associado aos sensores e componentes adequados, ele permite desenvolver soluções baseadas em pressão, controle de velocidade, rampas de aceleração e desaceleração e funções de proteção.
Essa tecnologia pode ser aplicada tanto em redes prediais quanto em sistemas comerciais, industriais, agrícolas e de distribuição de água.
Mais do que manter uma bomba funcionando, a proposta é fazer com que a bomba responda à necessidade da rede.
Quer automatizar seu sistema de pressurização?
A configuração ideal depende da vazão necessária, pressão de trabalho, potência e características da bomba, diâmetro e comprimento das tubulações, quantidade de pontos de consumo e comportamento da demanda.