Tudo se resume ao princípio de funcionamento

Maulburg, Germany As bombas de vácuo são componentes importantes na embalagem de alimentos frescos. Qual é a bomba de vácuo que atinge o fator de eficiência mais alto? Uma comparação direta pode responder a essa pergunta, desde que a configuração do teste tenha sido projetada de maneira sensata. Um estudo de comparação publicado recentemente indica a superioridade de uma bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo. No entanto, este resultado só foi possível utilizando uma configuração de teste que parece bastante fora da realidade. Agora, a organização independente de testes TÜV Süd fez também a comparação das bombas de vácuo envolvidas. Isso implicou na simulação realista de um processo industrial padrão. Sob estas condições, o resultado favoreceu claramente a bomba de vácuo de palhetas rotativas lubrificadas a óleo.
Fig. 1: Consumo de energia com um motor padrão. Source: Busch Vacuum Solutions
Fig. 1: Consumo de energia com um motor padrão. Source: Busch Vacuum Solutions

Este artigo compara os dois testes de comparação. Por uma questão de clareza, eles são identificados como Teste 1 e Teste 2 abaixo. Para facilitar a leitura, a bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo é abreviada como SVP e a bomba de vácuo de palhetas rotativas lubrificadas a óleo como RVVP

Teste 1: controle conforme a demanda vs. funcionamento com carga total
Este teste foi iniciado pelo fabricante da bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo (SVP). A empresa é especializada principalmente em compressores e a máquina em questão é derivada da tecnologia dos compressores. Foi comparada com uma bomba de vácuo de palhetas rotativas lubrificadas a óleo (RVVP) R 5 RA 0630 C da Busch. No entanto, a configuração do teste não permite uma comparação realista por vários motivos.
O ciclo de teste simulava vários processos suportados por vácuo. No entanto, paradas de produção, incluindo tempos de parada noturna durante os quais a RVVP, ao contrário da SVP, continuava em execução, foram também incluídas. No teste, a SVP era operada como parte de um sistema com conversores de frequência e sistema de controle integrado que paravam a bomba de vácuo durante as interrupções. Por outro lado, o RVVP aparentemente estava conectada como uma máquina isolada que funcionava continuamente em potência máxima.
O Teste 1 comparou literalmente maçãs com laranjas. A bomba de vácuo em funcionamento contínuo consumia naturalmente mais energia do que o seu equivalente regulado, que foi automaticamente parado nas pausas. A RVVP poderia também ter sido equipada com um conversor de frequência e um sistema de controle – a Busch disponibiliza uma versão assim da bomba de vácuo. Isto teria criado condições de arranque semelhantes. Mas obviamente não foi feito. Infelizmente, a descrição do teste carece de informações precisas sobre tais condições essenciais.
Devido ao seu design, a RVVP tem em geral o maior consumo de energia na fase de partida entre pressões atmosféricas e aproximadamente 300 mbar (fig. 1). No entanto, o consumo de energia diminui drasticamente à medida que a pressão de entrada diminui. Por outro lado, a SVP consome aproximadamente a mesma quantidade de energia entre a pressão atmosférica e a pressão final. Isso significa que a RVVP necessita de muito menos energia na faixa de operação entre a pressão final e 100 mbar do que a SVP.

Teste 2: condições iguais
O segundo teste de comparação (fig. 2) foi recentemente realizado pela organização independente de testes TÜV Süd. É uma das instituições de renome da respectiva área. Foram usadas as mesmas bombas de vácuo do Teste 1. No entanto, desta vez foi simulado o funcionamento real, sem paradas ou desligamento noturno. O Teste 2 simulou o ciclo de trabalho de uma máquina de embalagem a vácuo. Este é um dos usos comuns para bombas de vácuo na indústria. Como é geralmente o caso em tais aplicações, ambas as bombas de vácuo foram ainda suportadas por um acelerador de vácuo idêntico. Além disso, a configuração de teste e o procedimento foram verificados por um fabricante conceituado de máquinas de embalagem a vácuo e confirmados como uma simulação realista.
Como exemplo de aplicação, foi selecionada uma máquina de embalar com uma câmara de grande volume, tal como acontece na embalagem de carnes e queijos. Geralmente, uma máquina destas com fornecimento automático de produto opera vários ciclos por minuto.
No teste, a simulação foi feita com uma máquina com uma câmara de 300 litros e um sistema de tubos com 11,5 metros entre a câmara, o acelerador de vácuo e a bomba de vácuo. A câmara foi evacuada ciclicamente até um nível de vácuo de 5 mbar.
O tempo de evacuação dependia do desempenho das bombas de vácuo. O tempo entre os ciclos de evacuação foi definido como 14 segundos – um intervalo de tempo habitual para máquinas de embalar deste tamanho. O tempo de inatividade necessário das bombas de vácuo e o respectivo consumo de energia foram registrados. 


Fig. 2: Configuração de teste realista com tanque de vácuo, acelerador de vácuo e bomba de vácuo testada como bomba de apoio

Resultados inquestionáveis
Os resultados dos vários ensaios foram consistentemente não ambíguos: a bomba de vácuo de palhetas rotativas (RVVP) evacua mais rapidamente (Figura 3) e consome menos energia do que a bomba de vácuo de parafuso (SVP). Dependendo da velocidade definida da RVVP, isso resulta em tempos de inatividade reduzidos ou maior economia de energia. Por exemplo, por comparação, a RVVP é 11% mais rápida no modo de 40 Hertz e economiza 42% em consumo de energia. 


Fig. 3: Unidades embaladas conforme a velocidade ou o design da bomba de vácuo

Além do tempo de inatividade e do consumo de energia, a velocidade de bombeamento e o consumo de energia foram também medidos durante o teste como uma função da pressão de entrada (Fig. 4). O consumo de energia específico (SEC) em diferentes níveis de vácuo foi calculado a partir destes valores medidos. Isto nos dá informações precisas sobre a quantidade de watts necessários para extrair um metro cúbico de ar por hora para alcançar um determinado nível de vácuo. Aqui, a RVVP é também superior à SVP em todos os níveis de vácuo. A economia de energia fica em torno de 13 e 73%. Ao nível de vácuo de 10 mbar (habitual na prática), a RVVP consome 38% menos energia do que a SVP (fig. 4). 


Fig. 4: Comparação do consumo de energia específico (SEC) das bombas de vácuo testadas como função da pressão de entrada

Uma questão de princípio
Os resultados são surpreendentemente inquestionáveis. A RVVP é um clássico da tecnologia de bombas de vácuo. A R 5 RA 0630 C aqui utilizada se beneficia das décadas de otimização técnica para a geração de vácuo. Em comparação, a SVP é basicamente um compressor convertido. Apesar de tanto a geração de vácuo como a compressão serem basicamente a extração de gás, diferentes objetivos exigem diferentes soluções técnicas.
Para compressores, a taxa de compressão é geralmente 1:10; para bombas de vácuo ela fica entre 1:100 a 1:1000 – ou seja, muito mais elevada. Tecnicamente falando, isso significa que, num compressor de parafuso, os dois parafusos e a estrutura podem ser fabricados com altas tolerâncias. Isso significa que a produção é mais rentável e a taxa de compressão prevista de 1:100 é alcançada, apesar do aumento do número de vazamentos internos. No entanto, isto acontece apenas porque a compensação é feita com uma rotação muito mais elevada de cerca de 7000 rpm com carga total. Por outro lado, a RVVP é uma bomba de vácuo genuína com peças de precisão e tolerâncias mínimas que reduzem a taxa de vazamentos internos a um nível mínimo e, em última análise, permitem uma taxa de compressão muito mais elevada. Assim, ela proporciona um desempenho constante do início até ao fim da evacuação com baixo consumo de energia. Por isso, ela só funciona a uma velocidade máxima de 1000 rpm. A velocidade mais baixa reduz a carga mecânica e, assim, a necessidade de manutenção. Isso torna também possível alcançar tempos de inatividade mais longos e custos de ciclo de vida da máquina reduzidos.
Por outro lado, a SVP requer um controle de pressão separado através de uma válvula de controle de entrada para impedir a sobrecarga da bomba de vácuo na faixa entre 1000 e 300 millibar. Entre pressão atmosférica e vácuo grosseiro, ela funciona com um desempenho significativamente reduzido. Isso e o design adotado a partir da construção dos compressores contribuem significativamente para aumentar o tempo de inatividade.
São precisamente estas diferenças que em última análise tiveram um impacto nos resultados do teste de comparação.

Conclusão
O Teste 2 foi realizado em condições realistas. Maçãs foram comparadas com maçãs – em outras palavras, foram recolhidos e comparados os dados de desempenho reais da geração de vácuo. A bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada a óleo (RVVP) R 5 RA 0630 C da Busch teve um desempenho significativamente melhor do que a bomba de vácuo de parafuso (SVP) originalmente concebida como compressor, tanto em termos de tempo de inatividade como de consumo de energia. Os resultados do teste confirmam a superioridade da bomba de vácuo mais vendida em sua classe de desempenho. 


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