BR112018073444B1 - Método para parar uma bomba submersível quando a bomba está em ronco - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA PARAR UMA BOMBA SUBMERSÍVEL QUANDO A BOMBA ESTÁ EM RONCO. A presente invenção se refere a um método para parada de uma bomba submersível quando a bomba está em ronco, em que a bomba é operativamente conectada para uma unidade de controle. O método é caracterizado pelas etapas de regular por intermédio da unidade de controle, da velocidade operacional da bomba de maneira tal a direcionar uma força média da bomba em direção de um nível de ajuste pré-determinado; determinar se a força instantânea da bomba está fora de uma faixa pré- determinada, por monitoramento de pelo menos um dos parâmetros: força [P], corrente [I] e fator de força [cosj]; determinar se a velocidade operacional da bomba está aumentando; e, parar a bomba devido ao ronco, por intermédio da unidade de controle, quando a força instantânea da bomba é determinada como estando fora da faixa pré-determinada ao mesmo tempo em que a velocidade operacional da bomba é determinada como aumentando.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere genericamente para o campo de métodos para controle da operação de uma bomba adequável para bombeamento de líquido, tal como uma bomba submersível de esgoto/de águas residuais ou uma bomba submersível de drenagem. A presente invenção se refere mais especificamente para o campo de métodos para parada de uma tal bomba quando for identificado que a bomba está em ronco, isto é, quando a bomba suga parcialmente líquido e parcialmente ar. Por consequência, a presente invenção é direcionada em direção de uma bomba submersível que é operativamente conectada para uma unidade de controle, a bomba sendo tracionada em operação pela unidade de controle.

PANORAMA TÉCNICO DA INVENÇÃO

[002] Durante operação de uma bomba submersível não existe nenhum problema enquanto a bomba tem capacidade para bombear líquido, isto é, a entrada da bomba está localizada abaixo de um nível de líquido. Mas quando o nível de líquido cai abaixo da entrada da bomba, a bomba irá começar a sugar parcialmente líquido e parcialmente ar durante operação. Este fenômeno é chamado de ronco, devido para o som de ronco gerado pela bomba durante tais condições.

[003] Para algumas aplicações, tal como uma estação de bomba compreendendo uma bomba submersível de esgoto/de águas residuais, a bomba é usualmente parada pela unidade de controle com base em um sinal de parada a partir de um sensor de nível antes que o nível de líquido venha a cair abaixo da entrada de bomba. Entretanto, como uma característica de segurança, a bomba pode também ser parada quando for identificado que a bomba está em ronco, o que, por exemplo, pode ser o caso se o sensor de nível funciona anormalmente. Quando a bomba está em ronco, a operação da bomba não é mais de nenhuma forma produtiva ao mesmo tempo na medida em que a bomba continua a utilizar energia, isto é, consome uma quantidade de energia sem geração de uma saída de líquido. Além disso, o motor elétrico e outros componentes da bomba poderiam se tornar danificados devido ao superaquecimento/desgaste se a bomba é deixada roncar por um longo período de tempo.

[004] Para algumas aplicações, tal como uma bomba submersível de drenagem/de desagüamento não possuindo um sensor de nível de parada de bomba, a bomba irá genericamente estar ativa, também quando a bomba está em ronco, até que a bomba venha a ser manualmente desligada. Se o operador da bomba não é observador e a bomba for tracionada por demasiado tempo em uma condição de ronco, irá se provocar desgaste e bem como alto estresse mecânico dos componentes da bomba, tais como impulsor, cobertura de sucção, vedações, motor elétrico, etc..

[005] Existem maneiras conhecidas para detectar ronco, mas estas maneiras conhecidas são lentas e nem sempre confiáveis.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[006] A presente invenção almeja em provisão de um método aperfeiçoado para parada de uma bomba submersível quando for identificado que a bomba está em ronco. Um objetivo primário da presente invenção é o de proporcionar um método aperfeiçoado do tipo inicialmente definido que de uma maneira rápida e confiável irá detectar se a bomba está em ronco. É um outro objetivo da presente invenção o de proporcionar um método, que faz utilização da unidade de controle que é configurada para tracionar a bomba em operação para da mesma forma detectar ronco.

RESUMO DA INVENÇÃO

[007] Em concordância com a presente invenção, pelo menos o objetivo primário é atingido por intermédio do método inicialmente definido possuindo as características definidas na reivindicação de patente independente acompanhante. Concretizações preferidas da presente invenção são adicionalmente definidas nas reivindicações de patente dependentes acompanhantes.

[008] Em concordância com a presente invenção, é proporcionado um método do tipo inicialmente definido, que é caracterizado pelo fato de que é desempenhado pelas etapas de regulagem, por intermédio da unidade de controle, da velocidade operacional da bomba de maneira tal a direcionar uma força média da bomba em direção de um nível de ajuste pré-determinado, determinação de se a força instantânea da bomba está fora de uma faixa pré- determinada, por monitoramento de pelo menos um dos parâmetros: força [P], corrente [I] e fator de força [cosΦ], determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando, e parada da bomba devido ao ronco, por intermédio da unidade de controle, quando a força instantânea da bomba é determinada como estando fora da faixa pré-determinada ao mesmo tempo em que a velocidade operacional da bomba é determinada como aumentando.

[009] Por consequência, a presente invenção é fundamentada sobre a compreensão de que, para uma bomba tracionada pela unidade de controle de maneira tal que a força média da bomba é direcionada em direção de um nível de ajuste pré-determinado, isto é, a bomba se esforça para manter a força em um nível constante, por ajustamento da velocidade operacional da bomba, tanto a força da bomba e quanto a velocidade operacional da bomba são parâmetros bastante estáveis durante operação normal, isto é, enquanto a bomba estiver bombeando líquido. Entretanto, quando for determinado/identificado que a velocidade operacional da bomba está aumentando ao mesmo tempo em que a força instantânea da bomba flutua fora de uma faixa pré- determinada, a bomba está em ronco. Em consequência disso, o ronco pode ser detectado em um estágio inicial de uma maneira efetiva e fácil, por intermédio da unidade de controle que monitora/controla a velocidade operacional da bomba e a força da bomba.

[0010] Em uma concretização preferida da presente invenção, a etapa de determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada depois que tenha sido determinado que a força instantânea da bomba está fora da faixa pré-determinada.

[0011] Em uma concretização preferida da presente invenção, a etapa de determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada por monitoramento de uma tendência de mudança da velocidade operacional da bomba. A velocidade operacional da bomba irá ser constantemente regulada pela unidade de controle, isto é, flutuada, independentemente de operação normal ou de ronco, e quando a bomba começa a bombear ar, a unidade de controle irá compensar por aumento da velocidade operacional da bomba.

[0012] Em uma concretização mais preferida da presente invenção, o monitoramento da tendência de mudança da velocidade operacional da bomba é desempenhado pelas etapas de: mensuração de uma pluralidade de velocidades operacionais instantâneas [n1, n2, n3, n4,...] da bomba durante um período de tempo pré-determinado [t]; comparação do relacionamento mútuo de cada par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2, n2;n3, n3;n4,...]; monitoramento do número de vezes [m] em que uma última velocidade operacional instantânea [n2] de um par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2] é maior do que uma velocidade operacional instantânea precedente [n1] do par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2]; e confirmação de que a velocidade operacional da bomba está aumentando quando o número de vezes [m] da última velocidade operacional instantânea [n2] é maior do que a velocidade operacional instantânea precedente [n1] é maior do que um limiar pré- determinado, durante o período de tempo pré-determinado [t].

[0013] Adicionais vantagens com a presente invenção e características da presente invenção irão se tornar aparentes a partir das reivindicações de patente dependentes anexadas e bem como a partir da descrição detalhada a seguir de concretizações preferidas da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

[0014] A presente invenção se refere a um método para controle da operação de uma bomba adequável para bombeamento de líquido, tal como uma bomba submersível de esgoto/de águas residuais ou uma bomba submersível de drenagem/de desaguamento. A presente invenção se refere a um método para parada da bomba quando for identificado que a bomba está em ronco. Em concordância com uma primeira concretização da presente invenção, a bomba é parada diretamente depois que for confirmado que a bomba está em ronco; e em concordância com uma segunda concretização da presente invenção, a bomba é parada depois que um período de tempo pré-determinado tenha passado depois que for confirmado que a bomba está em ronco. A primeira concretização da presente invenção é especialmente útil para o controle de uma bomba de drenagem/de desaguamento e a segunda concretização da presente invenção é especialmente útil para uma bomba de esgoto/de águas residuais disposta em uma estação de bomba. Quando a bomba em uma estação de bomba é possibilitada para operar por um período de tempo pré-determinado quando roncando (ressonando), graxa e outra matéria acumulada na superfície de líquido irão ser sugadas para a bomba e transportadas para fora da estação de bomba.

[0015] A bomba é operativamente conectada para uma unidade de controle, e em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, a unidade de controle é construída para a bomba. A bomba é tracionada em operação pela unidade de controle. Em uma concretização preferida da presente invenção, a unidade de controle é constituída por uma Tração de Freqüência Variável [Variable Frequency Drive [VFD]] que é configurada para regular a velocidade operacional da bomba, por exemplo, por regulagem da freqüência em Hz da corrente alternada suprida para o motor elétrico da bomba. Por consequência, a unidade de controle é configurada para monitorar/regular/controlar a velocidade operacional da bomba, e a unidade de controle é também configurada para monitorar a força ou força média da bomba. De maneira tal a monitorar a força da bomba, a unidade de controle monitora pelo menos um dos parâmetros operacionais: força [P], corrente [I] e fator de força [cosΦ].

[0016] Em concordância com a presente invenção, a unidade de controle é configurada para regular a velocidade operacional da bomba de maneira tal a direcionar uma força média da bomba em direção de um nível de ajuste pré- determinado, em outras palavras, a bomba e a unidade de controle se esforçam para manter a força da bomba em um nível constante por ajustamento da velocidade operacional da bomba. Por conseqüência, durante operação normal da bomba, a força média é mais ou menos constante. Preferivelmente, um filtro adequado é utilizado quando monitorando/avaliando a força média da bomba de maneira tal a minimizar a freqüência de ajustamento da velocidade operacional da bomba.

[0017] De maneira tal a detectar ronco da bomba, a unidade de controle é configurada para determinar se uma força instantânea da bomba está fora de uma faixa pré- determinada. Isto é desempenhado por monitoramento de pelo menos um dos parâmetros: força [P], corrente [I] e fator de força [cosΦ]. Por conseqüência, a etapa de determinação de se a energia instantânea está fora de uma faixa pré- determinada pode ser desempenhada diretamente por monitoramento da força [P] ou indiretamente por monitoramento da corrente [I] ou do fator de força [cosΦ]. O monitoramento pode ser desempenhado continuamente ou intermitentemente.

[0018] Além disso, a unidade de controle é configurada para determinar se velocidade operacional da bomba está aumentando. Preferivelmente, a etapa de determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando é desempenhada depois de uma determinação afirmativa de que a força instantânea da bomba está fora da faixa pré-determinada. Finalmente, a unidade de controle é configurada para parar a bomba devido ao ronco quando a força instantânea da bomba é determinada como estando fora da faixa pré-determinada ao mesmo tempo em que a velocidade operacional da bomba é determinada como aumentando.

[0019] Por consequência, quando a bomba suga parcialmente ar e parcialmente líquido, a amplitude da flutuação da força instantânea da bomba irá aumentar, e ao mesmo tempo a bomba deve aumentar a velocidade operacional de maneira tal a manter a força média no nível de ajuste pré-determinado na medida em que para uma determinada velocidade operacional a força instantânea irá diminuir quando a bomba suga ar ao invés de líquido.

[0020] Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, o limite superior da faixa pré-determinada da força instantânea da bomba é igual a ou maior do que um fator de 1,02 vezes o nível de ajuste pré- determinado da força média da bomba, e o limite inferior da faixa pré-determinada da força instantânea da bomba é igual a ou menor do que um fator de 0,98 vezes o nível de ajuste pré-determinado da força média da bomba. Por conseqüência, desvios iguais a ou maiores do que 2% da força média da bomba são considerados como possíveis sintomas de ronco. Por conseqüência, uma detecção extremamente precoce de ronco pode ser desempenhada. De maneira tal a obter uma identificação mais confiável de ronco, o fator do limite superior é igual a 1,03 e preferivelmente igual a 1,04. De maneira tal a obter uma identificação mais confiável de ronco, o fator do limite inferior é igual a 1,03 e preferivelmente igual a 1,04. Deverá ser apontado que se a corrente [I] ou o fator de força [cosΦ] vierem a serem monitorados, correspondentes fatores são utilizados.

[0021] Em concordância com uma primeira concretização da presente invenção, depois que a bomba tenha sido parada devido ao ronco, a bomba é mantida inativa por um tempo de pausa pré-determinado. Em concordância com uma segunda concretização da presente invenção, depois que a bomba tenha sido parada devido ao ronco, a bomba é mantida inativa até que a unidade de controle venha a obter um sinal de partida a partir de um sensor de nível. Depois, disso, a bomba é uma vez mais ativada até que esta bomba venha a ser parada manualmente, devido ao ronco, por um sinal de parada a partir de um sensor de nível, etc..

[0022] Em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, a etapa de determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada por monitoramento de uma tendência de mudança de velocidade operacional da bomba.

[0023] Preferivelmente, o monitoramento da tendência de mudança da velocidade operacional da bomba é desempenhado pelas etapas de mensuração de uma pluralidade de velocidades operacionais instantâneas [n1, n2, n3, n4,...] da bomba durante um período de tempo pré- determinado [t]; ccomparação do relacionamento mútuo de cada par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2, n2;n3, n3;n4,...]; monitoramento do número de vezes [m] de uma última velocidade operacional instantânea [n2] de um par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2] é maior do que uma velocidade operacional instantânea precedente [n1] do par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2]; e confirmação de que a velocidade operacional da bomba está aumentando quando o número de vezes [m] da última velocidade operacional instantânea [n2] é maior do que a velocidade operacional instantânea precedente [n1] é maior do que um limiar pré-determinado, durante o período de tempo pré-determinado [t].

[0024] Como um exemplo, a pluralidade mensurada de velocidades de bomba instantâneas [n1, n2, n3, n4,...] é igual a ou maior do que dez, preferivelmente é igual a ou maior do que vinte. O limiar pré-determinado do número de vezes monitorado [m] da última velocidade operacional instantânea [n2] é maior do que a velocidade operacional instantânea precedente [n1], é igual a ou maior do que quatro, preferivelmente igual a ou maior do que oito, respectivamente.

[0025] Como um exemplo, o período de tempo pré- determinado [t] é igual a ou maior do que dois segundos, e igual a ou menor do que cinco segundos.

[0026] Em concordância com uma outra concretização preferida da presente invenção, a etapa de determinação de se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada por monitoramento quando a velocidade operacional instantânea da bomba é maior do que um limiar pré-determinado. Como um exemplo, o limiar da velocidade operacional instantânea é igual a ou maior do que um fator de 1,03 vezes uma velocidade operacional média da bomba. Por consequência, uma detecção extremamente precoce de ronco pode ser desempenhada. De maneira tal a obter uma identificação mais confiável de ronco, o fator do limiar é igual a 1,05.

POSSÍVEIS MODIFICAÇÕES DA INVENÇÃO

[0027] A presente invenção não é limitada somente para as concretizações descritas anteriormente, e que primariamente possuem um propósito ilustrativo e de exemplificação. Este pedido de patente é intencionado para cobrir todos os ajustamentos e variantes das concretizações preferidas da presente invenção descritas aqui, por conseqüência, a presente invenção é definida pela redação das reivindicações de patente anexadas e o equipamento pode ser modificado de todos os tipos de maneiras dentro do escopo das reivindicações anexas.

[0028] Deverá também ser apontado que até mesmo, por consequência, não estando explicitamente estabelecido que características a partir de uma concretização podem ser combinadas com características a outra concretização, a combinação deverá ser óbvia, se a combinação vir a ser possível.

Claims (13)

1. Método para parar uma bomba submersível quando a bomba está em ronco, em que a bomba é operativamente conectada a uma unidade de controle, o método sendo caracterizado pelo fato de que é desempenhado pelas etapas de: - regular, por intermédio da unidade de controle, a velocidade operacional da bomba de maneira tal a direcionar uma força média da bomba em direção de um nível de ajuste pré-determinado; - determinar se a força instantânea da bomba está fora de uma faixa pré-determinada, por monitoramento de pelo menos um dos parâmetros: força [P], corrente [I] e fator de força [cosΦ]; - determinar se a velocidade operacional da bomba está aumentando; e: - parar a bomba devido ao ronco, por intermédio da unidade de controle, quando a força instantânea da bomba é determinada como estando fora da faixa pré-determinada ao mesmo tempo em que a velocidade operacional da bomba é determinada como aumentando.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada depois de uma determinação afirmativa de que a força instantânea da bomba está fora da faixa pré- determinada.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada por monitoramento de uma tendência de mudança da velocidade operacional da bomba.

4. Método. de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o monitoramento da tendência de mudança da velocidade operacional da bomba é desempenhado pelas etapas de: - mensurar uma pluralidade de velocidades operacionais instantâneas [n1, n2, n3, n4,...] da bomba durante um período de tempo pré-determinado [t]; - comparar a relação mútua de cada par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2, n2;n3, n3;n4,...]; - monitorar o número de vezes [m] em que uma última velocidade operacional instantânea [n2] de um par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2] é maior do que uma velocidade operacional instantânea precedente [n1] do par de velocidades operacionais instantâneas adjacentes [n1;n2]; e: - confirmar que a velocidade operacional da bomba está aumentando quando o número de vezes [m] da última velocidade operacional instantânea [n2] é maior do que a velocidade operacional instantânea precedente [n1] é maior do que um limiar pré-determinado, durante o período de tempo pré-determinado [t].

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de velocidades de bomba instantâneas [n1, n2, n3, n4,...] é igual a ou maior do que dez.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o limiar pré-determinado do número de vezes monitorado [m] da última velocidade operacional instantânea [n2] é maior do que a velocidade operacional instantânea precedente [n1], é igual a ou maior do que quatro.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que o período de tempo pré-determinado [t] é igual a ou maior do que dois segundos, e igual a ou menor do que cinco segundos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar se a velocidade operacional da bomba está aumentando, é desempenhada por monitoramento de quando a velocidade operacional instantânea da bomba é maior do que um limiar pré-determinado.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o limite superior da faixa pré-determinada da força instantânea da bomba é igual a ou maior do que um fator de 1,02 vezes o nível de ajuste pré-determinado da força média da bomba.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o limite inferior da faixa pré-determinada da força instantânea da bomba é igual a ou menor do que um fator de 0,98 vezes o nível de ajuste pré-determinado da força média da bomba.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a bomba, depois que tenha sido parada devido ao ronco, é mantida inativa por um tempo de pausa pré-determinado.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a bomba, depois que tenha sido parada devido ao ronco, é mantida inativa até que a unidade de controle venha a obter um sinal de partida a partir de um sensor de nível.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é constituída por uma tração de frequência variável.