Notícias

Jul 21, 2023

Aplicando Conceitos de Fechamento de Válvula a Sistemas Complexos de Tubulação de Processo

Um fenômeno chamado golpe de aríete pode levar a cenários perigosos, como colapso

Um fenômeno chamado golpe de aríete pode levar a cenários perigosos, como o colapso de canos e a queda de canos de seus suportes. O golpe de aríete ocorre quando grandes ou pequenos surtos de pressão passam rapidamente por um sistema de tubulação. Não só soa terrível, mas pode ser incrivelmente destrutivo. O golpe de aríete é o processo pelo qual um sistema de tubulação passa ao passar de uma operação de estado estacionário para outra. Está presente em todos os sistemas de tubulação e não se limita apenas aos sistemas de água. Um evento de golpe de aríete pode ser causado por mudanças operacionais planejadas, bem como por perturbações repentinas não planejadas.

Às vezes, os usuários afirmam que não possuem golpe de aríete em seu sistema, o que não é verdade. Mesmo quando uma bomba está sendo iniciada, o golpe de aríete está sendo introduzido no sistema. O que causa o golpe de aríete e o quão ruim ele pode ser é o que precisa ser determinado.

Os códigos de tubulação da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) B31.3 e B31.4 são padrões amplamente aplicáveis ​​a sistemas de tubulação.1 Na ASME B31.3 para tubulação de processo, a seção 301.2.2 discute a contenção ou alívio de pressão necessária. A Seção 301.2.2 declara o seguinte:

a) Devem ser tomadas providências para conter ou aliviar com segurança qualquer pressão à qual a tubulação possa estar sujeita. A tubulação não protegida por um dispositivo de alívio de pressão, ou que possa ser isolada de um dispositivo de alívio de pressão, deve ser projetada pelo menos para a pressão mais alta que pode ser desenvolvida.

b) As fontes de pressão a serem consideradas incluem influências ambientais, oscilações e surtos de pressão, operação imprópria, decomposição de fluidos instáveis, carga estática e falha de dispositivos de controle.

c) Os subsídios do n. 302.2.4(f) são permitidos, desde que os outros requisitos do para. 302.2.4 também são atendidos.

Isso requer projetos de sistema para levar em conta altas pressões. Outras seções discutem o que são variações ocasionais de pressão e o que pode ser permitido. ASME B31.4 para "Sistemas de Transporte de Dutos para Hidrocarbonetos Líquidos e Outros Líquidos" também aborda as pressões de projeto interno e menciona "aumento de pressão acima da pressão operacional máxima em estado estacionário devido a surtos e outras variações de operações normais é permitido de acordo com o parágrafo 402.2 .4." Na seção 402.2.4, afirma: "Devem ser feitos cálculos de surtos, e controles adequados e equipamentos de proteção devem ser fornecidos para que o nível de aumento de pressão devido a surtos e outras variações de operações normais não exceda a pressão interna do projeto em qualquer ponto no sistema de tubulação e equipamentos em mais de 10%."

No geral, golpes de aríete e picos de pressão devem ser quantificados e tratados para proteger o sistema. O golpe de aríete pode ser introduzido de várias maneiras. O exemplo clássico é o de um fechamento rápido da válvula e é freqüentemente usado para ajudar a descrever os conceitos de golpe de aríete. A literatura sobre golpes de aríete cobre eventos de fechamento rápido de válvulas com bastante frequência como sendo as causas mais desastrosas do golpe de aríete. No entanto, o golpe de aríete também pode ser causado por eventos de desarme da bomba, eventos de inicialização da bomba, sobrepressurização que faz com que as válvulas de alívio abram e fechem, válvulas de controle falhando, válvulas de retenção batendo, etc.

O exemplo clássico de fechamento rápido de válvula frequentemente usado para descrever o golpe de aríete normalmente discutirá a equação de Joukowsky, que é usada para calcular o pico de pressão teórico máximo para um evento instantâneo. A equação de Joukowsky depende da densidade do fluido, da velocidade de onda do fluido e da mudança na velocidade.2 A equação de Joukowsky pode ser aplicada a qualquer coisa que cause uma mudança instantânea na velocidade. Usar a equação de Joukowsky para determinar a pressão teórica máxima é um ponto de partida útil. No entanto, há momentos em que é possível experimentar surtos de pressão maiores do que a equação prevê.

Exemplos de casos em que isso pode acontecer é se houver cavitação transitória presente em um sistema ou embalagem de linha. Dito isto, o exemplo de fechamento rápido da válvula é uma ótima maneira de entender o golpe de aríete. Vários métodos estão disponíveis para quantificar a resposta de pressão durante um evento de golpe de aríete, e esses cálculos podem ser complicados e cansativos. Um método é o Método das Características, que resolve as equações de balanço de massa e momento transitórios em uma abordagem de grade característica.4 Aplicar esses cálculos a um exemplo de fechamento de válvula para determinar como a pressão de surto na válvula muda com o tempo não é muito difícil. O desafio é que a literatura muitas vezes demonstra um exemplo de fechamento rápido de válvula no contexto de um único caminho de fluxo de tubo reto com água e raramente fornece orientação ou demonstra cálculos para um sistema mais complexo com vários caminhos de fluxo, bombas, dispositivos de supressão de surto, etc.