"Interferências provocadas pela infestação de mexilhões-dourados (Limnoperna fortunei) sobre bombas centrífugas e seu impacto em sistemas de bombeamento de água"

• Main Author: Marcio Figueiredo de Resende
• Other Authors: Carlos Barreira Martinez
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2014
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9RGL56

=== Over the past two decades, water systems in South America have been infected by an invasive specie originating from Southeast Asia, the mollusk Limnoperna fortunei, popularly known as the golden mussel. This is a bivalve mollusk species that has, among other features, high ability to invade environments, clinging easily to substrates along watercourses and infesting hydroelectric systems and water pumping systems. The infestation of pipes by mussel increases its relative roughness and reduces the internal diameter, promoting the occlusion of the duct. As a result, operating costs originally unanticipated are generated, arising from the arrest of systems for the clearing and maintenance, as well as increased consumption of electricity in pumping systems, and the loss of hydraulic efficiency. Research aimed at determining the head losses due the Limnoperna fortunei infestation in hydraulic systems, especially in water pumps, are rare, being necessary to make inferences and interpolations for the estimation of pressure losses. The increased friction provided by the colonization of Limnoperna fortunei in pipelines may refer to situations of hydraulic failure in terms of efficiency hydraulic systems. This research presents an evaluation of the interference caused in the performance curves of centrifugal pumps applied to collection and distribution of water systems. The results obtained show that the infestation of centrifugal pumps by L. fortunei significantly change their performance, both in terms of reduction of the useful energy to the fluid as thrust pumped flow, with consequent reduction of the overall pump efficiency, especially in smaller pumping systems. Alters significantly the operating point of the lift with the advancement of infestation by the suction and discharge, so that it can be considered that a circuit infested with mussel is completely different from the original. Qualitatively, lift systems infested with mussels can be compared to those operating with aggressive water for decades. In other words, the infestation is capable of promoting, possibly in a period of two years or less, the aging effect for the entire predicted life of the system. Alternatively, to avoid infestation of pumps, can be applied larger pumps in smaller pumping systems, adopting the strategy of operating the lift for shorter intervals of time and with higher flow velocities in the pump, thus avoiding infestation of the volute. Another possibility would be the development of anti-mussels pumps , adopting the concept described in this work when designing the pump housing: would modify the geometry of the housing such that obtain speeds, increasing or constant throughout volute, always greater than the upper limit of the speed required for the detachment and release of the golden mussel in the volute (4,1 m/s). It is worth noting that the mussel can develop and adhere to the inner surface of the housing with the flow speeds below 2 m/s, reaching full infestation in a time interval between 1 and 2 years. Since this is a biological phenomenon, in that colonies are being developed within the pump housing, localized speed fluctuations along the volute may occur, which may promote removal of blocks or layers of colonies of mussels. This fluctuation will cause instability in the performance curve, resulting in pulse pressure and flow at the pump and the establishment of new operating concept work for the pump: the operating range, instead of operating point, into which the machine work in different conditions of performance over time. It is recommended further studies to verify the possibility of establishing dimensionless curves to quantify the phenomenon, which will allow economic analysis for each system over different operational conditions and under infestation, both in the pump housing and in the suction and discharge pipelines. === Ao longo das duas últimas décadas, sistemas hídricos da América do Sul têm sido infestados por uma espécie invasora oriunda do Sudeste Asiático, o molusco Limnoperna fortunei, popularmente conhecido como mexilhão dourado. Esse bivalve apresenta, dentre outras características, elevada capacidade de invadir ambientes, aderindo-se facilmente a substratos ao longo dos cursos de água e infestando sistemas hidrelétricos e instalações de bombeamento de água bruta. A infestação de tubulações pelo mexilhão dourado aumenta sua rugosidade relativa e reduz o seu diâmetro interno, promovendo o efeito de macrofouling, ou de oclusão do conduto. Como consequência, são gerados custos operacionais originalmente não previstos, decorrentes da parada de sistemas para a desobstrução e manutenção, bem como aumento do consumo de energia elétrica em sistemas de bombeamento, além da perda de eficiência hidráulica. Pesquisas voltadas para a determinação da perda de carga oriundas da infestação de L. fortunei em sistemas hidráulicos, sobretudo em bombas de água, são raras, sendo necessário se fazer inferências e interpolações para a estimativa das perdas de carga. O aumento do fator de atrito proporcionado pela colonização de L. fortunei em condutos forçados pode submeter sistemas hidráulicos a situações de colapso, em termos de eficiência hidráulica. No presente trabalho apresenta-se uma avaliação das interferências provocadas nas curvas de desempenho de bombas centrífugas aplicadas a sistema de captação e adução de água bruta. Os resultados obtidos demonstram que a infestação de bombas centrífugas por L. fortunei altera sensivelmente seu desempenho, tanto em termos de redução da energia útil para impulsionamento do fluido quanto de vazão bombeada, com consequente redução do rendimento global da bomba, sobretudo em sistemas de bombeamento de menor porte. Alterase de forma significativa o ponto operacional da elevatória com o avanço da infestação pelos circuitos de sucção e recalque, de tal forma que pode-se considerar que uma elevatória infestada com o mexilhão dourado é completamente distinta da elevatória original. Em termos qualitativos, elevatórias infestadas com o mexilhão podem ser comparadas a elevatórias operando durante décadas com águas agressivas, ou seja, a infestação é capaz de promover, possivelmente num intervalo de tempo de dois anos ou menos, o efeito de envelhecimento previsto para toda a vida útil do sistema. Como alternativa para se evitar a infestação de bombas, podem ser aplicadas bombas de maior porte em menores sistemas de bombeamento, adotando-se a estratégia de operar a elevatória por menores intervalos de tempo e com maiores velocidades de escoamento na bomba, evitando-se assim infestação da voluta. Outra possibilidade é o desenvolvimento de bombas anti-mexilhões, adotando-se o conceito descrito neste trabalho ao se projetar a voluta da bomba: modificar-se-ia a geometria da carcaça de tal forma que se obtenham velocidades, crescentes ou constantes ao longo da voluta, sempre maiores ao limite superior de velocidade requerida para o descolamento e soltura do mexilhão dourado na voluta (4,1 m/s). Cabe destacar que o mexilhão pode se desenvolver e aderir à superfície interna da carcaça com velocidades de escoamento inferiores a 2 m/s, chegando à plena infestação num intervalo de tempo que pode estar compreendido entre 1 e 2 anos. Por se tratar de um fenômeno biológico, na medida em que as colônias se desenvolvem no interior da carcaça da bomba podem ainda ocorrer flutuações localizadas de velocidade ao longo da voluta, as quais, por sua vez, podem promover a remoção de blocos ou camadas de colônias de mexilhões. Esse fenômeno resulta em uma instabilidade na curva de desempenho, devido à pulsação de pressão e vazão na bomba. Isso indica que pode ser conveniente o estabelecimento de novo conceito operativo de trabalho para a bomba: o de faixa de operação, em vez de ponto de operação, dentro da qual a máquina trabalhará em condições distintas de rendimento ao longo do tempo. Recomenda-se o aprofundamento de estudos para verificação da possibilidade de estabelecimento de curvas adimensionais para quantificação do fenômeno, as quais poderão permitir análise econômica, para cada elevatória, acerca das condições operativas ideais num cenário sob infestação do sistema, tanto na carcaça da bomba quanto nas adutoras de sucção e recalque.