Fazer circular óleo térmico num circuito curto dentro de uma máquina compacta é uma coisa. Transportá-lo ao longo de 50, 100 ou 200 metros numa fábrica — passando por curvas, válvulas, tubos ascendentes e múltiplas ramificações — é um desafio totalmente diferente. Quanto mais longa for a tubagem, maior será o atrito que a bomba terá de superar. Acrescente a isso as variações de elevação, as longas linhas de sucção e a perda de calor ao longo do percurso, e rapidamente vai precisar de uma altura manométrica superior à que uma seleção padrão de catálogo sugeriria.
Este artigo centra-se na seleção de bombas para aplicações de transferência de óleo térmico e de tubagem de longa distância, incluindo linhas de alimentação de sistemas de caldeiras, transferências de tanques para sistemas e distribuição em vários edifícios. Abordamos a forma como o comprimento da tubagem, o diâmetro, os acessórios, a elevação e a perda de temperatura do óleo afetam os requisitos de pressão da bomba, bem como a forma de evitar os problemas de dimensionamento mais comuns nestes cenários.
Para conhecer a nossa gama completa de bombas de óleo quente, visite o bomba de óleo quente página do produto.
Bomba de transferência vs. bomba de circulação — Qual é a diferença?
Tanto as bombas de transferência como as bombas de circulação movimentam óleo térmico. A diferença reside na função que desempenham no sistema.
Uma bomba de circulação funciona dentro de um circuito fechado. Mantém o óleo em movimento ao longo do mesmo circuito — do aquecedor para o equipamento de processo e de volta — a um caudal relativamente constante. A tubagem tem normalmente um comprimento curto a moderado, e a resistência do sistema é previsível assim que o circuito estiver montado. Abordámos a seleção de bombas de circulação em pormenor no nosso guia: Bomba de circulação de óleo térmico: como funciona e guia de seleção.
Por outro lado, uma bomba de transferência transporta óleo de um local para outro — muitas vezes por distâncias mais longas, com mais tubagem, mais acessórios e, por vezes, diferenças de nível significativas. Exemplos disso incluem o transporte de óleo de uma sala de caldeiras para uma oficina a 150 metros de distância, a transferência de óleo entre tanques de armazenamento ou o descarregamento de óleo de um camião-cisterna para um sistema.
A principal diferença na seleção de bombas: nas aplicações de transferência, os fatores determinantes são a perda por atrito na tubagem e a altura estática. Nas aplicações de circulação, o foco está mais na correspondência entre a carga térmica e a resistência do circuito do sistema. Ambas requerem o caudal e a altura adequados, mas os valores provêm de fontes diferentes.
Aplicações comuns das bombas de transferência de óleo quente
As bombas de transferência de óleo térmico são utilizadas sempre que o óleo térmico precisa de percorrer uma distância considerável ou superar um desnível. Os cenários mais comuns que observamos:
Tubagens de alimentação do sistema de caldeiras. Uma caldeira de óleo térmico instalada numa sala de máquinas central fornece óleo aquecido ao equipamento de processo em uma ou mais oficinas remotas. São comuns percursos de tubagem com 50 a 200 metros. A bomba deve gerar pressão suficiente para impulsionar o óleo ao longo de toda a extensão da tubagem de alimentação e retorno, bem como através de todo o equipamento intermédio.
Transferência do tanque para o sistema. O óleo térmico novo armazenado em tambores ou tanques a granel tem de ser bombeado para o sistema de aquecimento durante o enchimento inicial ou a substituição do óleo. A distância de transferência pode ser curta, mas o óleo está frio e viscoso, o que altera os requisitos da bomba.
Carga e descarga. Transferência de óleo entre um camião-cisterna e um tanque de armazenamento. As condições de sucção são frequentemente desfavoráveis — mangueiras muito longas, elevação limitada e óleo frio.
Distribuição em vários edifícios ou vários andares. Uma sala de caldeiras abastece vários edifícios ou vários níveis de plataformas de equipamentos. A rede de tubagem é ramificada, com comprimentos e diferenças de nível diferentes em cada ponto terminal. A bomba deve ser capaz de lidar com a ramificação mais exigente — aquela com a maior resistência total.
Para aplicações em sistemas de caldeiras, o Bomba centrífuga de óleo quente acoplada WRY-H é o modelo que fornecemos com mais frequência, com caudais entre 1,5 e 100 m³/h e alturas manométricas entre 22 e 125 m.
O que distingue as condutas de óleo quente de longa distância
A perda por atrito na tubagem é o principal fator que determina a pressão necessária
Num circuito de circulação curto, o atrito na tubagem é apenas uma parte da resistência total do sistema. No transporte a longa distância, torna-se o fator dominante. A perda por atrito é proporcional ao comprimento da tubagem — se o comprimento da tubagem for duplicado, a perda por atrito duplica aproximadamente (com o mesmo caudal e diâmetro da tubagem).
A perda por atrito também depende em grande medida do diâmetro do tubo e da velocidade do fluxo. Um tubo mais pequeno com o mesmo caudal implica uma velocidade mais elevada e um atrito muito maior. E, ao contrário da água, a viscosidade do óleo térmico varia com a temperatura, o que afeta diretamente o coeficiente de atrito. Voltaremos a este ponto mais adiante.
As peças, válvulas e equipamentos acumulam custos rapidamente
Cada cotovelo, T, válvula de gaveta, válvula de retenção, filtro e medidor de caudal na conduta acrescenta resistência. Num troço de tubagem de 100 metros com 15 a 20 acessórios e algumas válvulas, a perda total causada pelos acessórios pode facilmente atingir 30 a 50 % da perda por atrito numa tubagem reta. Estas perdas são por vezes designadas por «perdas menores», mas em sistemas longos com muitos acessórios, estão longe de ser menores.
Ao calcular a queda total, converta cada acessório num comprimento de tubo equivalente e some-o ao total do tubo reto. Os seus fornecedores de válvulas e acessórios disponibilizam esses valores de comprimento equivalente.
As variações de altitude exigem uma altura estática
Se o seu equipamento de processo estiver situado a uma altura superior à da bomba — num mezanino, num piso superior ou numa plataforma elevada —, a bomba terá de gerar uma altura manométrica adicional apenas para elevar o óleo até essa altura. Cada 10 metros de diferença de altura acrescenta aproximadamente 1 bar à altura manométrica estática necessária (o valor exato depende da densidade do óleo à temperatura de transferência).
Em instalações com vários andares, isto pode representar uma parte significativa da pressão total. Não se esqueça disso.
A perda de calor ao longo do oleoduto altera as propriedades do petróleo
Este é um fator que muitos engenheiros ignoram. Quando o óleo térmico percorre uma tubagem longa, perde calor para o ambiente — mesmo com isolamento. A temperatura do óleo diminui gradualmente ao longo do percurso. À medida que a temperatura diminui, a viscosidade aumenta. À medida que a viscosidade aumenta, as perdas por atrito aumentam.
O resultado: a perda por atrito na extremidade de um tubo de 200 metros é superior à perda por atrito na descarga da bomba, uma vez que o óleo está mais frio e mais espesso nessa extremidade. Se calcular o atrito utilizando apenas a temperatura do óleo na saída da bomba, estará a subestimar a altura manométrica real necessária.
Para um dimensionamento preciso em percursos longos, utilize a temperatura prevista do óleo no ponto médio da tubagem ou — para uma abordagem mais conservadora — no ponto final da tubagem. Isto é particularmente importante em instalações ao ar livre, em tubagens sem isolamento ou com isolamento insuficiente e em locais com climas frios.
Desafios relacionados com o NPSH em tubagens de sucção longas
Se a bomba aspirar óleo de um tanque de armazenamento remoto ou de um reservatório instalado em posição baixa através de uma longa tubagem de sucção, a Altura de Sucção Positiva Líquida (NPSH) disponível pode descer para níveis perigosos. O atrito na tubagem de sucção e qualquer diferença de nível negativa entre a superfície do óleo e a entrada da bomba reduzem a NPSH disponível.
Quando o NPSH disponível fica abaixo do NPSH necessário para a bomba, ocorre cavitação. É possível ouvir um ruído semelhante a um estalido ou a um barulho metálico, o que, com o tempo, danifica o impulsor.
Soluções para situações de sucção com baixo NPSH:
- Eleve o depósito ou o nível de óleo acima da bomba para aumentar a altura de sucção estática
- Aumentar o diâmetro do tubo de sucção para reduzir as perdas por atrito
- Reduzir o comprimento do tubo de sucção e minimizar o número de acessórios
- Utilize uma bomba com um requisito de NPSH mais baixo
Como dimensionar uma bomba de transferência de óleo quente para a sua tubagem
Comece por definir a disposição do sistema
Antes de determinar o tamanho adequado de uma bomba, é necessário ter uma visão clara da tubagem. Reúna as seguintes informações:
- Comprimento total da tubagem — linha de alimentação e linha de retorno (se aplicável)
- Diâmetro do tubo para cada secção
- Número e tipo de acessórios: cotovelos (90° e 45°), Tês, redutores
- Número e tipo de válvulas: de guilhotina, de esfera, de retenção, borboleta
- Filtros, coadores e medidores de caudal na linha
- Dados relativos à queda de pressão do permutador de calor ou do equipamento (fornecidos pelo fabricante do equipamento)
- Diferença de altura entre a bomba e o ponto de descarga mais elevado
- Comprimento e condições do tubo de sucção (se o bombeamento for feito a partir de um tanque)
Se não tiver desenhos precisos da tubagem, um esboço com comprimentos aproximados e o número de acessórios é, mesmo assim, muito melhor do que adivinhar.
Calcular a queda total necessária
Altura manométrica total = atrito na tubagem reta + perdas nas conexões/válvulas + queda de pressão do equipamento + altura estática (elevação).
Para o cálculo do atrito na tubagem, é necessário conhecer a viscosidade do óleo à temperatura prevista ao longo da tubagem — não na saída da bomba, nem à temperatura ambiente. Utilize a tabela de viscosidade em função da temperatura fornecida pelo seu fornecedor de óleo.
Uma constatação comum: num traçado padrão de 100 metros de tubagem de óleo térmico com acessórios típicos, tubos DN50 e um caudal de 10 m³/h, a altura manométrica total necessária atinge facilmente os 40–60 metros ou mais. Este valor é significativamente superior ao que muitos clientes inicialmente esperam.
O diâmetro do tubo faz mais diferença do que se pensa
Na transferência de óleo térmico a longa distância, a escolha do diâmetro da tubagem tem um impacto significativo nos requisitos de altura manométrica da bomba e nos custos energéticos a longo prazo. Para ilustrar isto, considere a seguinte comparação para a transferência de óleo térmico a 10 m³/h através de uma tubagem reta de 100 metros (simplificada, utilizando óleo térmico típico à temperatura de funcionamento):
| Diâmetro do tubo | Velocidade do fluxo (aprox.) | Perda de carga por atrito (aprox.) |
|---|---|---|
| DN50 | ~1,4 m/s | ~35–45 m |
| DN65 | ~0,8 m/s | ~12–18 m |
| Dois-zero-oito | ~0,55 m/s | ~5–9 m |
Passar de DN50 para DN65 reduz as perdas por atrito em cerca de 60%. Passar para DN80 reduz essas perdas em mais de 80%. A tubagem de maior diâmetro tem um custo de aquisição e instalação mais elevado, mas permite utilizar uma bomba mais pequena, que consome menos energia e funciona mais próximo do seu ponto de máxima eficiência. Ao longo de anos de funcionamento contínuo, a poupança de energia acaba frequentemente por compensar largamente a diferença de custo da tubagem.
Se estiver a projetar uma nova conduta de óleo térmico de longa distância, faça sempre os cálculos para, pelo menos, dois diâmetros de tubo antes de tomar a decisão final. Esta é uma das decisões com maior retorno sobre o investimento no projeto do sistema.
Ajustar ao desempenho da bomba
Depois de calcular o caudal e a altura manométrica total necessários, procure um modelo de bomba cuja curva de desempenho passe pelo ponto de funcionamento pretendido ou se situe próximo deste. O ponto de funcionamento deve situar-se dentro da gama de funcionamento recomendada para a bomba — idealmente próximo do ponto de melhor eficiência (BEP).
Para conhecer os modelos de bombas disponíveis e os respetivos dados de desempenho, consulte o nosso bomba de óleo quente página do produto.
Bomba de óleo quente para sistemas de caldeiras
Os sistemas de caldeiras de óleo térmico constituem a aplicação mais comum para as bombas de transferência de óleo quente. A bomba ocupa o centro do sistema, impulsionando o óleo aquecido da caldeira através do coletor de alimentação para todas as cargas de processo ligadas e aspirando o óleo de retorno para reaquecimento.
O que torna a seleção da bomba para um sistema de caldeira específica:
- Funcionamento contínuo — Na maioria dos sistemas de caldeiras, a bomba funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana. Deve resistir a temperaturas elevadas prolongadas sem que se verifique a degradação das juntas ou a avaria dos rolamentos.
- Tubagens de grande extensão — Em muitas instalações, a sala das caldeiras está localizada numa zona central, mas abastece equipamentos em toda a instalação. É comum que os percursos das tubagens de alimentação e de retorno tenham mais de 100 metros.
- Cargas em várias ramificações — A bomba alimenta vários equipamentos em paralelo. O caudal total deve ter em conta todas as derivações, e a altura manométrica deve ser suficiente para superar a resistência da derivação mais longa ou mais elevada.
- Integração do controlo do sistema — A bomba funciona frequentemente com reguladores de temperatura, variadores de frequência (VFD) e bloqueios de segurança ligados ao sistema de controlo da caldeira.
O Série WRY-H é a nossa recomendação padrão para a transferência de óleo quente em sistemas de caldeiras. O seu design de corpo dividido permite uma fácil manutenção no local, sem necessidade de desligar a tubagem. A caixa de rolamentos arrefecida a ar elimina a necessidade de ligações de água de arrefecimento. Os modelos disponíveis abrangem caudais de 1,5 a 100 m³/h e alturas manométricas de 22 a 125 m, o que se adequa à maioria das instalações de caldeiras industriais de pequena a média dimensão.
Para sistemas de caldeiras de maiores dimensões que excedam estes intervalos, podemos configurar bombas de maior porte ou aconselhá-lo sobre disposições em série ou em paralelo, com base na configuração do seu sistema.
Óleo para fornos e óleo pesado — Meios diferentes, bomba diferente
Recebemos regularmente pedidos de informação em que a expressão «bomba de óleo quente» se refere, na verdade, a uma bomba para óleo de aquecimento, fuelóleo pesado ou óleo de combustível. Trata-se de fluidos diferentes, com propriedades distintas, que requerem um tipo de bomba diferente.
O óleo térmico (óleo de transferência de calor) é um fluido especializado para a transferência de calor. À temperatura de funcionamento — 250 °C, 300 °C — é muito fluido, com uma viscosidade típica de 0,5–2 cSt. Uma bomba centrífuga é adequada para o seu manuseamento.
O óleo para fornos e o óleo combustível pesado são combustíveis de combustão. À temperatura ambiente, a sua viscosidade pode variar entre 100 e mais de 1 000 cSt. Mesmo com aquecimento de manutenção na tubagem, continuam a ser muito mais espessos do que o óleo térmico. Uma bomba centrífuga tem dificuldade em lidar com esta viscosidade — o caudal diminui, a eficiência desce drasticamente e o motor fica sobrecarregado.
Para a transferência de óleo para fornos e óleo pesado, as bombas de engrenagens são a solução padrão. Estas bombas suportam altas viscosidades sem perder desempenho, oferecem uma boa auto-aspiração para a descarga de tanques e garantem um caudal constante, independentemente da pressão do sistema. Se isto corresponder à sua aplicação, consulte o nosso artigo: Bomba centrífuga de óleo quente vs. bomba de engrenagens: qual é o tipo mais adequado?
Quando considerar uma configuração de bombas em série ou em paralelo
Por vezes, uma única bomba não consegue satisfazer os requisitos de altura manométrica ou caudal necessários para uma transferência de longa distância. Nesse caso, tem duas opções:
Configuração em série (duas bombas em série) — A descarga da bomba 1 alimenta a sucção da bomba 2. A altura manométrica total corresponde aproximadamente à soma das alturas manométricas de ambas as bombas ao caudal de funcionamento. Isto é útil quando a tubagem é muito longa e a altura manométrica necessária excede a que qualquer bomba isolada pode fornecer. Em aplicações com óleo térmico, a ligação entre as duas bombas deve suportar altas temperaturas, e ambas as bombas devem ser cuidadosamente combinadas para que funcionem em pontos de caudal compatíveis.
Configuração em paralelo (duas bombas em paralelo) — Ambas as bombas alimentam o mesmo coletor. O caudal total aumenta, mas a pressão mantém-se praticamente igual à de uma única bomba. Isto é útil quando é necessário um caudal superior ao que uma única bomba pode fornecer. No entanto, o funcionamento em paralelo em sistemas de óleo térmico aumenta a complexidade do controlo — ambas as bombas devem repartir a carga de forma uniforme e, caso uma delas entre em desativação, é necessário gerir a resposta do sistema.
Na prática, antes de optar por uma configuração com duas bombas, verifique primeiro se o aumento do diâmetro da tubagem permite reduzir a altura manométrica necessária para uma solução com uma única bomba. Conforme ilustrado na tabela acima, aumentar o diâmetro da tubagem em um tamanho pode reduzir drasticamente as perdas por atrito. Uma única bomba de maior porte numa tubagem de maior diâmetro é quase sempre mais simples, mais fiável e mais económica de operar do que duas bombas mais pequenas numa tubagem de menor diâmetro.
Se, após otimizar o diâmetro da tubagem, ainda for necessária uma configuração com várias bombas, podemos ajudar a projetar a disposição e recomendar pares de bombas compatíveis.
Partilhe o seu esquema de tubagem — nós ajudamo-lo a dimensionar a bomba
Se tiver um desenho da tubagem, um esboço do sistema ou mesmo uma descrição aproximada do percurso da tubagem — comprimento, diâmetro, elevação, tipo de óleo e temperatura — envie-nos. A nossa equipa de engenharia calculará a altura manométrica necessária e recomendará o modelo e a configuração adequados da bomba de transferência para o seu sistema.
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