Assuma o controle dos transientes da bomba: inicializações e viagens

Apr 06, 2024

As bombas centrífugas são projetadas para operação ideal em estado estacionário; no entanto, desvios inevitáveis ​​do estado estacionário à medida que as bombas iniciam e param podem introduzir respostas de pressão dramáticas e muitas vezes perigosas dentro de um sistema de tubulação. Os transientes da bomba podem ser tão rotineiros quanto uma partida durante o comissionamento inicial ou desligamento para manutenção.

Freqüentemente, o golpe de aríete ou surto está associado à resposta de alta pressão após um rápido fechamento da válvula. Simplificando, o fechamento de uma válvula converte o momento do fluido em pressão à medida que o fluido atinge uma válvula de fechamento. A pressão resultante pode exceder as classificações de pressão do tubo ou do equipamento.

O fluido residual então bate no fluido parado, causando uma onda de alta pressão que é transmitida para trás através do sistema, causando forças desequilibradas. Esses eventos também podem causar baixas pressões, resultando em fluxo reverso, condições de vácuo ou fluidos vaporizados em pontos altos do sistema.

Embora as válvulas sejam a causa por excelência da conversão do momento do fluido em pressão (e vice-versa), as bombas causam oscilações semelhantes, pois afetam o fluxo pela pressão que criam. Adicionar ou remover repentinamente uma fonte de pressão da bomba transmitirá ondas de alta e baixa pressão através de um sistema de tubulação.

Assim como o fechamento de válvulas, mudanças rápidas na operação da bomba resultam em respostas de pressão e vazão mais drásticas. O software de modelagem pode quantificar esses efeitos à medida que as ondas são transmitidas e interagem, proporcionando aos engenheiros flexibilidade para modelar uma ampla gama de causas transitórias da bomba.

Muitos eventos transitórios da bomba podem ser previstos. Isto pode acontecer durante o comissionamento inicial de um sistema, através da antecipação e acompanhamento da manutenção de rotina ou ao acomodar demandas variáveis ​​com bombas adicionais. Esses transientes de rotina devem seguir um procedimento para minimizar os efeitos transitórios negativos, suavizando a transição entre as condições operacionais.

Existem também eventos reativos em que a bomba responde a um problema não planeado, como uma falha de equipamento ou uma emergência. A perda de energia costuma ser o pior cenário, pois quaisquer processos projetados para suavizar a transição de uma bomba entre estados não estão disponíveis. As preocupações com perda de energia são agravadas se a energia for restaurada para reiniciar repentinamente uma bomba.

Várias bombas em um único sistema têm considerações adicionais, como bombas paralelas que causam o fechamento da válvula de retenção se uma única bomba desarmar. O desligamento ou partida simultânea de todas as bombas também causará preocupações com surtos, embora múltiplas bombas possam servir como um recurso para fazer a transição gradual de um sistema entre as condições operacionais quando ligadas/desligadas de forma incremental.

Os transientes da bomba podem ser diferenciados em duas categorias: controlados e não controlados.

Os transientes de bomba controlados usam um controlador externo, como um inversor de frequência variável (VFD), para facilitar uma bomba entre estados, controlando sua velocidade. Isto permite que o operador acelere gradualmente o fluido para causar uma resposta de pressão menos dramática. Mudanças graduais no sistema também são mais fáceis para sistemas de proteção como válvulas de retenção, evitando efeitos transitórios secundários. Transientes controlados podem ser modelados como velocidade da bomba versus tempo para replicar um VFD.

Transientes controlados requerem energia para controlar a bomba. Contudo, após uma perda de potência, a velocidade da bomba é ditada pelo sistema. Um desarme da bomba por perda de potência demonstra um transitório descontrolado da bomba.

Não controlado não significa que o transitório da bomba seja imprevisível, mas que o comportamento da bomba é ditado pelo sistema e não por um controlador eletrônico ajustado. Por exemplo, uma inicialização de rotina da bomba pode começar contra uma válvula parcialmente fechada ou válvula de retenção para evitar desvio e, em seguida, a válvula seria aberta gradualmente para atingir o ponto operacional pretendido. Embora o processo geral seja rotineiro, a bomba é simplesmente ligada e desenvolve fluxo dependendo do sistema circundante.

Embora os VFDs ofereçam uma abordagem de mitigação de surtos, os engenheiros podem mitigá-los de forma semelhante, compreendendo a mecânica subjacente dos transientes descontrolados da bomba. Este entendimento é crítico em circunstâncias de perda de energia onde não há alternativa para controlar a bomba.