Comparação de estudo de caso: bombas de celulose vs. bombas de esgoto em aplicações do mundo real
O debate sobre a substituição de bombas de celulose por bombas de esgoto em operações industriais requer análise empírica de métricas de desempenho, custos de manutenção e padrões de falhas. Este post examina quatro estudos de caso representativos de instalações globais de tratamento de papel e águas residuais para avaliar a viabilidade da intercambialidade.
Estudo de caso 1: Fábrica de papel integrada da América do Norte
Perfil da instalação
Capacidade: 1.200 toneladas/dia de produção de celulose kraft
Processo: Processamento de fibras recicladas com polpa de consistência de 4,5%
Configuração original: : 24 bombas de polpa Goulds Pumps série 3196 (300 hp cada)
Estratégia de Substituição
A gerência substituiu 12 bombas por bombas de esgoto Flygt série 2700 (200 hp) para reduzir o CAPEX em US$ 480.000.
Resultados de desempenho
Eficiência Hidráulica
As bombas de esgoto forneceram 68% da vazão necessária na velocidade nominal
Os VFDs aumentaram a velocidade para 110% e causaram danos por cavitação (Figura 1: redução da margem NPSH)
Custos de manutenção
As substituições de impulsores triplicaram de 2/ano para 6/ano
O custo anual de manutenção aumentou em $ 192.000
Impacto do tempo de inatividade
23 paralisações não planejadas em 18 meses
Perda de produção: US$ 12,6 milhões (com base em tempo de inatividade de US$ 7.000/minuto)
Análise da causa raiz
Acúmulo de material fibroso em volutas de bombas de esgoto (Figura 2: Inspeção do impulsor pós-falha)
O branqueamento à base de cloro causou corrosão na carcaça de ferro fundido (o teste ASTM G109 confirmou perda de 0,2 mm/ano)
Resultado
Instalação voltou a ter bombas de polpa originais após 18 meses
Prejuízo líquido total: US$ 2,1 milhões
Estudo de caso 2: Estação de tratamento de águas residuais europeia
Perfil da instalação
Capacidade: 250.000 m³/dia de águas residuais municipais
Processo: Lodo ativado com 3-5 mm de sólidos
Experiência de substituição
Testei a substituição de 4 bombas de esgoto Flygt 2600 por bombas de celulose Goulds 3196.
Resultados de desempenho
Eficiência Hidráulica
As bombas de polpa atingiram 92% de eficiência vs. 85% para bombas de esgoto a 150 m de altura
Consumo de energia
18% menos consumo de eletricidade (0,62 kWh/m³ vs. 0,76 kWh/m³)
Custos de manutenção
Nenhuma substituição de impulsor em 24 meses vs. 3/ano para bombas de esgoto
Análise da causa raiz
Bomba de polpa com impulsores semiabertos manuseia trapos sem entupimento
Construção em aço inoxidável resistente à corrosão por sulfeto de hidrogênio
Resultado
A adoção permanente de bombas de celulose resultou em uma economia anual de US$ 280.000
Estudo de caso 3: Planta de processamento de alimentos do sudeste asiático
Perfil da instalação
Processo: Transferência de pasta de amido de tapioca (consistência de 5-8%)
Configuração original: Bombas de esgoto Grundfos série SP
Problemas de desempenho
Falhas frequentes devido a:
Adesão de amido causando desequilíbrio do impulsor
Desgaste abrasivo por impurezas de areia
Estratégia de Substituição
Bombas de cavidade progressiva Netzsch instaladas (alternativa de bomba de polpa)
Resultados de desempenho
Taxa de transferência
A vazão aumentou de 120 m³/h para 180 m³/h
Manutenção
Intervalos de serviço estendidos de 6 semanas para 24 semanas
Economia de energia
Consumo de energia 22% menor (45 kW vs. 58 kW)
Comparação de custos
Custo inicial | $ 18.000 | $ 32.000 |
Manutenção Anual | $ 9.200 | $ 3.800 |
Custo total de 5 anos | $ 64.000 | $ 49.000 |
Estudo de caso 4: Gestão de rejeitos de mineração na Austrália
Perfil da instalação
Processo: Transferência de lama (30% de sólidos, densidade de 1,5 SG)
Configuração original: Bombas de polpa da série Warman WBH
Experiência de substituição
Bombas de esgoto KSB Movitec testadas com revestimentos de borracha
Resultados de desempenho
Resistência ao desgaste
Vida útil da bomba de polpa: 2.800 horas
Vida útil da bomba de esgoto: 900 horas (Figura 3: Comparação da taxa de desgaste)
Custos operacionais
Despesas anuais adicionais de US$ 125.000 para substituições
Análise da causa raiz
Sólidos de alta densidade causaram erosão excessiva do impulsor
Falta de projeto de câmara de vórtice em bombas de esgoto
Resultado
Substituição abandonada após 6 meses
Matriz de comparação entre casos
Consistência fluida | Até 12% de polpa de fibra | <5% de sólidos em águas residuais |
Projeto do impulsor | Semi-aberto com palhetas helicoidais | Fechado/vórtice para sólidos não fibrosos |
Material | Aço inoxidável/revestido de borracha | Ferro fundido/aço inoxidável |
Requisito NPSH | 3,2-4,5 metros | 1,8-2,5 m |
Expectativa de vida típica | 8.000-12.000 horas | 3.000-6.000 horas |
Eficiência Energética | 88-92% | 78-85% |
Principais descobertas e melhores práticas
Adequação da aplicação
Águas residuais de baixa concentração
Sólidos <3 mm de diâmetro
Condições não corrosivas
Polpas de alta consistência (>2,5%)
Materiais fibrosos com tamanho de partícula >5 mm
Ambientes químicos agressivos
Bombas de celulose se destacam em:
Bombas de esgoto são adequadas para:
Estratégias de otimização de custos
Para usinas que produzem 500 tpd: invista em bombas especialmente projetadas
Operações em pequena escala: considere projetos híbridos (por exemplo, Vogelsang EcoStar)
Necessidades temporárias: Aluguel de bombas de celulose durante picos de demanda
Protocolos de Manutenção
Instalar filtros de malha 150 a montante para bombas de esgoto em aplicações de celulose
Implementar monitoramento de vibração (ISO 10816) com limite de 15 mm/s²
Conclusão
Os estudos de caso demonstram que, embora as bombas de esgoto possam oferecer economias de custo de curto prazo em cenários de baixa demanda, suas ineficiências operacionais de longo prazo e riscos de falha geralmente superam os investimentos iniciais. As bombas de celulose fornecem desempenho superior em ambientes de alta consistência, corrosivos e fibrosos, alinhando-se com as diretrizes ISO 19959:2016 para manuseio de chorume industrial. As organizações devem conduzir análises detalhadas de custo do ciclo de vida e testes de compatibilidade de processo antes de considerar substituições de bombas.
