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Jul 17, 2023

Prevenção de golpe de aríete com atuadores de velocidade variável

O golpe de aríete pode ser uma grande preocupação em sistemas de bombeamento e deve ser uma

O golpe de aríete pode ser uma grande preocupação em sistemas de bombeamento e deve ser levado em consideração pelos projetistas por vários motivos. Se não for tratado, pode causar uma série de problemas, desde tubulações e suportes danificados até componentes de tubulação rachados e rompidos. Na pior das hipóteses, pode até causar ferimentos ao pessoal da fábrica.

O golpe de aríete ocorre quando há um aumento na pressão e na taxa de fluxo do fluido em um sistema de tubulação, causando mudanças rápidas na pressão ou na força. Altas pressões podem resultar em falha do sistema de tubulação, como vazamento nas juntas ou ruptura dos tubos. Os componentes de suporte também podem sofrer fortes forças de surtos ou até mesmo reversão repentina de fluxo. O golpe de aríete pode ocorrer com qualquer fluido dentro de qualquer tubo, mas sua gravidade varia dependendo das condições do fluido e do tubo. Geralmente isso ocorre em líquidos, mas também pode ocorrer com gases.

O aumento da pressão ocorre toda vez que um fluido é acelerado ou impedido pela condição da bomba ou quando a posição de uma válvula muda. Normalmente, essa pressão é pequena e a taxa de mudança é gradual, tornando o golpe de aríete praticamente indetectável. Em algumas circunstâncias, muitos quilos de pressão podem ser criados e as forças nos suportes podem ser grandes o suficiente para exceder suas especificações de projeto. A abertura ou fechamento rápido de uma válvula causa transientes de pressão em tubulações que podem resultar em pressões bem acima dos valores de estado estacionário, causando aumento de água que pode danificar gravemente tubulações e equipamentos de controle de processo. A importância de controlar o golpe de aríete nas estações de bombeamento é amplamente reconhecida pelas concessionárias e estações de bombeamento.

Os gatilhos típicos do golpe de aríete incluem inicialização/desligamento da bomba, falha de energia e abertura/fechamento repentino das válvulas da linha. Um modelo simplificado da coluna de fluido cilíndrica fluindo se assemelharia a um cilindro de metal sendo repentinamente parado por uma parede de concreto. Resolver esses desafios de golpe de aríete em sistemas de bombeamento requer reduzir seus efeitos ou impedir que ocorra. Existem muitas soluções que os projetistas de sistemas precisam ter em mente ao desenvolver um sistema de bombeamento. Tanques de pressão, câmaras de compensação ou acumuladores semelhantes podem ser usados ​​para absorver picos de pressão, que são ferramentas úteis na luta contra o golpe de aríete. No entanto, impedir que os picos de pressão ocorram em primeiro lugar geralmente é uma estratégia melhor. Isso pode ser feito usando um atuador de velocidade variável multivoltas para controlar a velocidade da taxa de fechamento da válvula na saída da bomba.

O avanço dos atuadores e seus controles oferece oportunidades para usá-los na prevenção do golpe de aríete. Aqui estão três casos em que lidar com o golpe de aríete foi um requisito fundamental. Em todos os casos, uma característica linear foi essencial para o controle de fluxo de uma bomba de alto volume. Se isso não tivesse sido alcançado, teria ocorrido um efeito de martelo, potencialmente danificando o sistema de água da estação.

Desafio de design

A estação de bombeamento de reforço do sul de East Cherry Creek Valley (ECCV), no Colorado, foi equipada com bombas de alto volume e válvulas de retenção de bomba usadas para controle de fluxo. Para evitar o golpe de aríete e danos potencialmente graves ao sistema, a aplicação exigia uma característica de fluxo linear. O desafio do projeto era obter fluxo linear de uma válvula de esfera, que normalmente exibe características de fluxo não linear conforme é fechada/aberta.

Solução

Usando um atuador de velocidade variável, a posição da válvula foi definida para atingir diferentes posições de curso em intervalos de tempo. Com isso, a válvula de esfera pode ser fechada/aberta em várias velocidades para obter uma mudança de fluxo de fluido mais linear. Além disso, em caso de falta de energia, o atuador agora pode ser configurado para fechar a válvula e drenar o sistema em uma curva de emergência predeterminada.

O atuador de velocidade variável escolhido tinha a capacidade de controlar a posição da válvula com base em tempos predefinidos. O atuador pode ser programado para até 10 pontos de ajuste de tempo, com posições de válvula correspondentes. A velocidade de abertura ou fechamento da válvula pode então ser controlada para garantir que a posição de ajuste desejada seja alcançada no momento correto. Essa flexibilidade avançada produz a linearização das características da válvula, permitindo a seleção da válvula de porta completa e/ou golpe de aríete significativamente reduzido ao fechar as válvulas. Os controles integrados dos atuadores foram programados para criar aceleração e desaceleração linear da água durante a operação normal da bomba. Além disso, em caso de perda de energia elétrica, os atuadores garantiram o fechamento rápido por meio de backup de uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS). A mudança linear da taxa de fluxo também foi fornecida, o que garantiu mínimos transientes do sistema e fácil calibração/ajuste da curva velocidade-tempo.