Prevenção da cavitação da bomba usando monitoramento baseado em condição

Homem ajustando uma alavanca acima de várias bombas industriais

Prolongue a vida útil de seus sistemas de bombas

A cavitação é um problema comum que pode ter um impacto prejudicial na eficiência e na confiabilidade das bombas. No entanto, os conversores de frequência variável (VFDs) da Danfoss possuem monitoramento baseado em condições (CBM) integrado, que fornece novas vias para detectar e evitar cavitação em sistemas de bombas. Ao utilizar a abordagem "VFD como um sensor" e a análise de assinatura de corrente, o monitoramento de condição pode identificar efetivamente falhas relacionadas à cavitação e ajudar a prevenir potenciais danos e desgastes.

Fale com um especialista

Como outras funções do CBM, como a detecção de falha de enrolamento do estator, a detecção de cavitação agora é considerada parte da família CBM. Isso significa que a mesma infraestrutura CBM pode ser utilizada para implementar sistemas de detecção de cavitação. Mesmo (VFDs) com licenças de CBM mais antigas podem receber um upgrade por meio de uma atualização de software para incluir o monitoramento de cavitação.

Ondas de choque originárias de bolhas de ar explodidas criam micropoças no metal do impulsor da bomba, levando a um desgaste acelerado. Essa imagem mostra a cavitação de um impulsor de bomba.

O que causa cavitação na bomba?

Então, como ocorre a cavitação e o que a torna uma preocupação para os sistemas de bombas?

A cavitação ocorre quando mudanças rápidas de pressão em um meio líquido causam a formação de bolhas cheias de vapor. Essas bolhas podem colapsar sob pressão mais alta, gerando ondas de choque que criam micropoças no impulsor da bomba. Isso leva a um desgaste acelerado e à corrosão das pás giratórias. Além disso, o estouro das bolhas gera ruído, batidas e vibração adicionais, o que reduz ainda mais a eficiência da bomba, distorcendo o padrão de fluxo.

As implosões locais de bolhas de cavitação podem também alterar as propriedades químicas do líquido, produzindo radicais livres e causando oxidação e degradação de compostos químicos. Embora esses efeitos ocorram em pequenas quantidades, eles ainda resultam em mudanças na qualidade do produto, um fator importante nos setores de alimentos e bebidas ou petróleo e gás.

É importante observar que a cavitação pode também afetar outros componentes do sistema em contato com fluidos em movimento de alta velocidade, incluindo sistemas de tubulação, componentes de bomba, carcaça do motor, luvas de cilindro, componentes HEX e componentes de turbina hidráulica. Assim, a detecção precoce de cavitação na bomba, juntamente com uma ação corretiva rápida, pode proteger e estender a vida útil de todo um sistema de componentes.

Como o monitoramento de condição protege as bombas contra cavitação?

Detectar e evitar a cavitação é crucial para manter o desempenho da bomba e evitar danos dispendiosos. O monitoramento de condição na forma de CBM integrado no VFD oferece uma solução eficaz para se alcançar isso. A detecção de cavitação pode ser realizada usando a análise de assinatura de corrente no VFD, permitindo a detecção sem o uso de sensores. A cavitação produz turbulência, criando ruído audível e uma assinatura distinta na corrente do motor. Essa turbulência é refletida na corrente do motor e é detectada pelo algoritmo de monitoramento de condição.

O algoritmo compara a assinatura de corrente de cavitação com os níveis de limiar definidos pelo usuário. Se os valores excederem os limites estabelecidos por um tempo predefinido, o evento será sinalizado como cavitação.

Nível de assinatura de cavitação mostrado como nível de falha versus velocidade do motor. A assinatura aumenta muito quando ocorre cavitação, começando a partir de 3000 RPM.

Os VFDs da Danfoss com CBM integrado proporcionam a capacidade de detectar cavitação antecipadamente e otimizar a eficiência energética das operações de bombeamento.

Benefícios do monitoramento de condição e manutenção preditiva

Os benefícios de se evitar cavitação usando o monitoramento de condição são significativos. Com o monitoramento permanente usando o CBM integrado no VFD da Danfoss, a detecção e a prevenção da cavitação se tornam possíveis. É uma solução econômica que concorre com os métodos tradicionais baseados em sensores externos, como de som, vibração ou pressão. Ao evitar-se o desgaste da bomba e danos causados pela cavitação, a produtividade é otimizada e a vida útil dos componentes pode ser estendida. Torna-se possível realizar a manutenção preditiva, e isso, em última análise, leva a uma redução nos custos de serviço e substituição.

A cavitação é uma das causas para a perda de desempenho das bombas. Com o monitoramento baseado em condição integrado diretamente no VFD, estamos dando aos nossos clientes uma maneira proativa de detectar e prevenir danos antes que eles ocorram. É mais inteligente, simples e muito mais rentável do que confiar em métodos tradicionais baseados em sensores.

Tim Flintholm Fink

Product Owner Aqua na Danfoss Drives

Evitar a cavitação da bomba usando a funcionalidade de monitoramento baseado em condição

Para evitar cavitação, o fluxo pode ser reduzido diminuindo a velocidade da bomba em pequenos incrementos. O monitoramento de condição permite isso por meio de uma função de prevenção. A velocidade do motor é automaticamente reduzida dentro dos limites predefinidos ao se detectar a cavitação. Uma vez evitada a cavitação, a função pode ser configurada para permanecer na última velocidade em que a cavitação foi impedida ou para tentar gradualmente retornar à referência de velocidade original, verificando, entretanto, continuamente, se a cavitação desapareceu. Além disso, a função fornece todas as informações de status necessárias, permitindo que o VFD opere como uma unidade independente ou seja integrado com PLCs em um sistema de controle de processo de nível superior. Essa função de evitação é desativada por padrão e cabe ao usuário decidir se a ativará com base em suas necessidades específicas.

Em resumo, prevenir a cavitação da bomba é crucial para manter a eficiência da bomba e reduzir potenciais danos e desgastes. O monitoramento de condição, usando técnicas avançadas como análise de assinatura de corrente, fornece uma solução confiável e econômica para detectar e evitar cavitação. Ao implementar sistemas de monitoramento de condição, os processos industriais podem se beneficiar de uma produção melhorada, uma vida útil estendida dos componentes e custos de manutenção reduzidos, levando a operações mais suaves e confiáveis.

Análise de motores e bombas em tempo real baseada em computador de borda

Com a solução de edge computing, que permite informações mais rápidas ao processar dados no VFD, os dados são coletados várias vezes por segundo, garantindo que quaisquer medições fora da faixa normal acionem um aviso, de maneira rápida e em tempo hábil, minimizando assim o risco de anomalias não detectadas.