Tudo se resume ao princípio de funcionamento

Maulburg, Germany As bombas de vácuo são componentes importantes no embalamento de alimentos frescos. Qual a bomba de vácuo que atinge o nível de eficiência mais alto? Uma comparação direta pode responder a esta questão, desde que a configuração do teste tenha sido concebida conscientemente. Um estudo de comparação publicado recentemente indica a superioridade de uma bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo. No entanto, este resultado só surgiu utilizando uma configuração de teste que parece bastante irrealista. Agora, a organização independente de testes TÜV Süd fez também a comparação das bombas de vácuo envolvidas. Esta comparação implicou a simulação realista de um processo industrial padrão. Mediante estas condições, o resultado favoreceu claramente a bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada com óleo.
Fig. 1: Consumo energético com um motor standard. Source: Busch Vacuum Solutions
Fig. 1: Consumo energético com um motor standard. Source: Busch Vacuum Solutions

Este artigo contrapõe os dois testes de comparação. Por uma questão de clareza, são referidos como Teste 1 e Teste 2 abaixo. Para uma melhor legibilidade, a bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo é abreviada como SVP e a bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada com óleo como RVVP

Teste 1: controlo orientado pela demanda vs. funcionamento com carga total
Este teste foi iniciado pelo fabricante da bomba de vácuo de parafuso vedada a óleo (SVP). A empresa especializa-se principalmente em compressores e a máquina em questão é derivada da tecnologia dos compressores. Foi comparada com uma bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada com 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, quebras de produção, incluindo tempos de inatividade noturnos durante os quais a RVVP, ao contrário da SVP, continuava em execução, foram também obviamente incluídas. No teste, a SVP era operada como parte de um sistema com conversores de frequência e sistema de controlo integrado que pararam a bomba de vácuo durante as pausas. Por outro lado, a RVVP foi aparentemente ligada como máquina isolada que funcionava continuamente a toda a potência.
O Teste 1 comparou proverbialmente maçãs com laranjas. A bomba de vácuo em funcionamento contínuo consumia naturalmente mais eletricidade 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 controlo – a Busch disponibiliza essa versão desta bomba de vácuo. Isto teria criado condições de arranque semelhantes, o que obviamente não foi feito. Infelizmente, a descrição do teste carece de informações precisas sobre tais condições estruturais essenciais.
Devido ao seu design, a RVVP tem em geral o maior consumo energético na fase de colocação em funcionamento entre pressões atmosféricas e aproximadamente 300 mbar (Fig. 1). No entanto, o consumo energético 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. Isto significa que a RVVP requer consideravelmente menos energia no intervalo de funcionamento 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 respetiva área. Foram usadas as mesmas bombas e vácuo que no Teste 1. No entanto, desta vez foi simulado o funcionamento real, sem paragens ou encerramento noturno. O Teste 2 simulou o ciclo de trabalho de uma máquina de embalamento 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 adicionalmente suportadas por um booster de vácuo idêntico. Além disso, a configuração de teste e o procedimento foram verificados por um fabricante conceituado de máquinas de embalamento a vácuo e confirmados como uma simulação realista.
Como exemplo de aplicação, foi selecionada uma máquina de embalamento com uma câmara de grande volume, tal como acontece no embalamento 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 para 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 para 14 segundos – um intervalo de tempo habitual para máquinas de embalamento deste tamanho. O tempo de inatividade necessário às bombas de vácuo e o respetivo consumo energético foram registados. 


Fig. 2: Configuração de teste realista com recipiente de vácuo, booster de vácuo e bomba de vácuo testada como bomba primária

Resultados inquestionáveis
Os resultados dos diferentes testes executados foram consistentemente inquestionáveis: a bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada com óleo (RVVP) evacua mais depressa (Fig. 3) e tem um consumo energético menor do que a bomba de vácuo de parafuso (SVP). Consoante a velocidade definida na RVVP, isto resulta em tempos de inatividade reduzidos ou maiores poupanças energéticas. Por exemplo, por comparação, a RVVP é 11 por cento mais rápida no modo de 40 Hz e poupa 42 por cento em consumo energético. 


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

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


Fig. 4: Comparação do consumo energético 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 beneficia de décadas de otimização técnica para a geração de vácuo. Em contraste, 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 requerem diferentes soluções técnicas.
Para compressores, a taxa de compressão é geralmente 1:10; para bombas de vácuo está entre 1:100 a 1:1000 – ou seja, muito mais elevada. Tecnicamente falando, isto significa que, num compressor de parafuso, os dois parafusos e a estrutura podem ser fabricados com altas tolerâncias. Isto significa que a produção é mais rentável e a taxa de compressão prevista de 1:100 é alcançada, apesar do aumento do número de fugas internas. No entanto, isto acontece apenas porque é compensada 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 o índice de fugas internas a um mínimo e, em última análise, permitem uma taxa de compressão muito mais elevada. Proporciona assim um desempenho constante do início até ao fim da evacuação com baixo consumo energético. Por isso, só funciona a uma velocidade máxima de 1000 rpm. A menor velocidade reduz a carga mecânica e, assim, a necessidade de manutenção. Isto torna também possível alcançar um tempo de vida útil mais longo e custos de ciclo de vida da máquina reduzidos.
Por outro lado, a SVP requer um controlo de pressão em separado através de uma válvula de controlo de entrada para impedir a sobrecarga da bomba de vácuo na gama entre 1000 e 300 millibar. Entre pressão atmosférica e vácuo grosso, funciona com um desempenho significativamente reduzido. Isto e o design adotado a partir da construção de 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 – por outras palavras, foram recolhidos e comparados os dados de desempenho reais da geração de vácuo. A bomba de vácuo de palheta rotativa lubrificada com óleo (RVVP) R 5 RA 0630 C da Busch teve um desempenho significativamente melhor do que a bomba de vácuo de parafuso (SVP) originalmente designada como compressor, tanto em termos de tempo de inatividade como de consumo energético. Os resultados do teste confirmam a superioridade da bomba de vácuo mais vendida da sua classe de desempenho. 


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