Bombas de transporte e dessalinização de água do mar: tipos, seleção, materiais e manutenção

A dessalinização da água do mar fornece uma fonte confiável de água doce para cidades costeiras, instalações industriais e regiões com escassez de água. Atrás de cada planta de dessalinização por osmose reversa (RO) há um sistema de bombeamento responsável pela transferência de água do mar, apoiando o pré-tratamento, gerando pressão de alimentação de membrana e entregando água tratada aos sistemas de armazenamento e distribuição.

A seleção da bomba afeta diretamente o consumo de energia da planta, a confiabilidade operacional, os custos de manutenção e a produção de água doce. Como a água do mar contém cloretos e pode transportar sólidos suspensos, as bombas de dessalinização também devem resistir à corrosão e às condições hidráulicas exigentes.

Este guia explica as principais etapas da dessalinização da água do mar, as bombas utilizadas em cada etapa e as principais considerações de engenharia para selecionar e manter equipamentos confiáveis.

 

 

• 1. Como funciona uma usina de dessalinização de água do mar?

A maioria das modernas usinas de dessalinização de água do mar utilizaosmose reversa da água do mar (SWRO). Neste processo, a pressão força a água do mar através de membranas semipermeáveis ​​que permitem a passagem da água enquanto retêm a maior parte dos sais dissolvidos.

Um processo SWRO típico inclui cinco etapas.

Ingestão de água do mar:A água do mar bruta é coletada e transferida para a estação de tratamento.

Pré-tratamento:A triagem, a filtração e outros processos de tratamento reduzem os sólidos suspensos e protegem os equipamentos e membranas a jusante.

Bombeamento de alta pressão:A água do mar pré-tratada é pressurizada e fornecida ao sistema de membrana RO.

Separação de membrana:O fluxo de entrada é dividido em permeado, que se torna água doce, e salmoura concentrada, que contém a maior parte dos sais rejeitados.

Pós-tratamento e distribuição:O permeado pode passar por remineralização, ajuste de pH, desinfecção e condicionamento adicional antes de entrar no sistema de distribuição.

As bombas operam durante todo esse processo, mas as taxas de fluxo, pressões, materiais e métodos de controle necessários diferem significativamente por estágio.

 

• 2. Que tipos de bombas são usadas em usinas de dessalinização?

Escolher um tipo de bomba para cada tarefa raramente é a melhor abordagem. Cada bomba deve atender aos seus requisitos hidráulicos e ambiente operacional específicos.

Bombas de admissão de água do mar

Os sistemas de admissão geralmente requerem grandes taxas de fluxo em alturas manométricas relativamente baixas ou moderadas, dependendo da profundidade de admissão, elevação e resistência da tubulação.

Bombas horizontais de dupla sucção com caixa bipartidasão adequados para muitas aplicações de transferência de água de alto fluxo. Seu projeto hidráulico pode proporcionar boa eficiência e empuxo axial relativamente baixo quando selecionado e operado corretamente.

Turbinas verticais ou bombas de fluxo misto podem ser preferíveis para entradas profundas, poços úmidos ou instalações onde as condições de sucção e o espaço disponível influenciam o projeto.

A seleção deve considerar a variação do nível da água, a geometria da entrada, os sólidos em suspensão, a submersão e a altura manométrica líquida de sucção positiva (NPSH).

Bombas de pré-tratamento e transferência de baixa pressão

Essas bombas transferem água do mar entre sistemas de admissão, filtração e alimentação por membrana. Eles também podem suportar retrolavagem de filtros e outras operações auxiliares.

Bombas centrífugas horizontais são escolhas comuns, enquanto a seleção final depende da vazão necessária, das perdas de pressão, da qualidade do fluido e do cronograma de operação.

Condições de sucção confiáveis ​​são particularmente importantes porque filtros entupidos, tubulações restritas e entrada de ar podem reduzir o fluxo e aumentar o risco de cavitação.

Bombas de alimentação RO de alta pressão

A bomba de alta pressão é um dos componentes mais críticos em uma planta de osmose reversa de água do mar.

Os sistemas SWRO normalmente operam a pressões de aproximadamente55–80 barras, embora o requisito real dependa da salinidade da água do mar, temperatura, design da membrana, taxa de recuperação e perdas do sistema.

As bombas centrífugas multiestágio são usadas em muitas instalações industriais de OR. Outras tecnologias de alta pressão, incluindo bombas especializadas de deslocamento positivo, também podem ser apropriadas dependendo da capacidade da planta e das condições operacionais.

O sistema de bombeamento de alta pressão tem grande influência no consumo de eletricidade e nos custos de produção. Sua seleção deve, portanto, considerar não apenas a pressão e a vazão nominais, mas também a eficiência, a confiabilidade, a faixa de controle e a compatibilidade com o sistema de recuperação de energia.

Bombas Auxiliares e Dosadoras de Produtos Químicos

Equipamentos de bombeamento adicionais suportam retrolavagem de filtros, limpeza de membranas, dosagem de produtos químicos, transferência de água doce e outros serviços da planta.

As bombas dosadoras, por exemplo, fornecem dosagem controlada de produtos químicos para aplicações como injeção anti-incrustante e ajuste de pH. Seus materiais e arranjos de vedação devem ser compatíveis com o produto químico específico que está sendo manuseado.

Embora estas bombas sejam frequentemente mais pequenas do que as bombas de alimentação principais, a sua falha pode afectar a qualidade do tratamento ou interromper o funcionamento da estação.

 

• 3. Como selecionar uma bomba de dessalinização de alta pressão

Um processo de seleção confiável deve avaliar o sistema operacional completo, em vez de um único ponto de design.

Defina o ponto de serviço.Confirme a vazão necessária, a pressão total ou de descarga, a faixa operacional e a capacidade de produção esperada. Avalie o ponto de funcionamento em relação à curva de desempenho da bomba e procure operar próximo ao ponto de melhor eficiência (BEP), quando for prático.

Avalie as condições de sucção.O NPSH disponível deve fornecer uma margem adequada acima do NPSH exigido pela bomba. Pressão de sucção insuficiente pode causar cavitação, vibração, ruído e danos aos componentes hidráulicos.

Verifique a potência do motor e a faixa operacional.O driver deve acomodar a demanda de potência esperada em toda a faixa operacional especificada, incluindo as condições de partida e operação aplicáveis.

Avalie as propriedades do fluido.Salinidade, temperatura, sólidos suspensos, gases dissolvidos e produtos químicos de tratamento podem afetar o desempenho hidráulico, a resistência à corrosão e a vida útil dos componentes.

Especifique o teste de desempenho.Os testes de aceitação de fábrica relevantes devem verificar os requisitos acordados de fluxo, altura manométrica, potência e eficiência de acordo com o padrão de teste aplicável e os critérios de aceitação.

Uma bomba que atenda à sua pressão nominal, mas opere de forma ineficiente ou fora da faixa pretendida, ainda poderá aumentar o custo operacional geral da planta.

 

• 4. Por que a seleção de materiais é importante na dessalinização da água do mar

A água do mar é um fluido desafiador para componentes metálicos porque os íons cloreto podem contribuir para a corrosão por pite e em fendas. Altas temperaturas, condições de estagnação, depósitos, juntas inadequadas e produtos químicos locais agressivos podem aumentar o risco.

A seleção do material deve, portanto, considerar todo o ambiente de serviço – e não apenas se um material é descrito como aço inoxidável.

Aços inoxidáveis ​​304 e 316:Pode ser inadequado para algumas tarefas continuamente expostas à água do mar devido aos riscos de corrosão localizados, especialmente sob condições desfavoráveis.

Aço inoxidável duplex, como 2205:Oferece maior resistência e resistência à corrosão em muitas aplicações, mas não é automaticamente adequado para todas as condições de água do mar ou salmoura concentrada.

Aço inoxidável super duplex, como 2507:Frequentemente considerado para serviços mais exigentes de água do mar e salmoura de alta pressão devido à sua maior resistência à corrosão localizada.

Outras ligas resistentes à corrosão e materiais não metálicos:Pode ser apropriado para serviços particularmente agressivos ou componentes específicos.

Os requisitos de material devem ser avaliados separadamente para a carcaça da bomba, impulsor, eixo, luvas, fixadores, vedações e interfaces de tubulação. A salmoura concentrada pode impor condições de corrosão mais severas do que a água do mar que entra.

A qualidade do material por si só não é garantia de vida útil. A qualidade da fundição, o tratamento térmico, o acabamento superficial, a fabricação e os detalhes de instalação também influenciam o desempenho contra a corrosão.

 

• 5. Como reduzir o consumo de energia de dessalinização

A eficiência energética deve ser avaliada em todo o sistema de bombeamento e membrana.

Selecione pontos operacionais eficientes.As bombas que operam perto de seu BEP apropriado geralmente evitam parte do consumo excessivo de energia e do estresse mecânico associado a condições operacionais inadequadas.

Otimize o sistema hidráulico.Tubulação adequadamente dimensionada, válvulas adequadas, filtros limpos e arranjos de sucção bem projetados ajudam a reduzir perdas desnecessárias.

Use controle de velocidade variável adequado.Onde os requisitos de vazão ou pressão variam, os inversores de frequência variável podem melhorar a eficiência quando aplicados corretamente. Seus benefícios dependem da curva da bomba, da curva do sistema e da estratégia de controle.

Recupera energia da salmoura concentrada.A salmoura que sai de um sistema de membrana RO retém uma pressão hidráulica substancial. Os dispositivos de recuperação de energia (ERDs) transferem parte desta energia de pressão para a água de alimentação que entra, reduzindo o trabalho exigido do sistema de bombeamento de alta pressão. A recuperação de energia pode reduzir substancialmente o consumo de energia SWRO, dependendo da configuração da planta e da eficiência do equipamento.

Monitore tendências de desempenho.O aumento do consumo de energia, a diminuição do fluxo, a vibração anormal ou a alteração da pressão de descarga podem indicar incrustações, desgaste, operação incorreta ou outros problemas em desenvolvimento.

O menor preço de compra não produz necessariamente o menor custo ao longo da vida útil do equipamento. Consumo de eletricidade, manutenção, peças sobressalentes, tempo de inatividade e confiabilidade devem ser considerados.

 

• 6. Práticas de manutenção para confiabilidade a longo prazo

Como muitas bombas de dessalinização operam continuamente, o monitoramento rotineiro das condições é essencial.

Inspecione os sistemas de admissão:Remova os detritos acumulados e monitore as telas e filtros quanto a bloqueio excessivo.

Monitore vibração e temperatura:Monitore a temperatura, a vibração, o ruído e o vazamento do rolamento para identificar problemas em desenvolvimento.

Verifique os parâmetros operacionais:Compare o fluxo, a pressão, a velocidade e a potência medidos com os valores de linha de base estabelecidos.

Inspecione as vedações e os componentes de desgaste:Preste atenção especial a vazamentos, condições da vedação, desgaste do impulsor e folgas internas.

Gerencie os riscos de corrosão:Investigue corrosão localizada, depósitos, deterioração do revestimento e sinais de erosão-corrosão.

Manter registros de testes e serviços:Os dados de tendências ajudam a distinguir a deterioração gradual do desempenho de mudanças operacionais repentinas.

Os intervalos de manutenção devem ser baseados nas instruções do fabricante, na severidade do serviço, nas horas de operação e nas condições observadas do equipamento.

 

A dessalinização da água do mar depende de um sistema de bombeamento coordenado no qual cada bomba executa uma tarefa hidráulica específica. As bombas de admissão lidam com grandes volumes de água do mar bruta, as bombas de pré-tratamento mantêm o fluxo do processo e os equipamentos de alta pressão fornecem as condições necessárias para a osmose reversa.

O desempenho confiável requer fluxo e pressão mais que suficientes. A eficiência hidráulica, a margem NPSH, a compatibilidade de materiais, a recuperação de energia, a qualidade de fabricação e a manutenção preventiva influenciam o custo operacional da planta a longo prazo.

Ao considerar o processo completo e selecionar as bombas de acordo com suas condições reais de serviço, os projetistas e operadores da planta podem melhorar a confiabilidade, controlar o consumo de energia e manter um fornecimento confiável de água doce.