Manter a válvula de saída fechada duranteBombas centrífugasA operação envolve múltiplos riscos técnicos.
Conversão de energia descontrolada e desequilíbrio termodinâmico
- 1.1 Em condições de funcionamento fechado e com aumento repentino da temperatura do fluido, quase toda a energia de entrada é convertida em energia térmica. O fluido não consegue dissipar o calor, causando um aumento acentuado da temperatura na câmara da bomba. A operação contínua induz a vaporização do fluido, acelerando a carbonização do material de vedação.
1.2 Falha do sistema de vedação Em ambientes de alta temperatura e vaporização do fluido, a vedação mecânica, que depende da lubrificação e do resfriamento do fluido, sofrerá falha por superaquecimento – a vedação mecânica apresentará atrito seco e a face de vedação será queimada.
Estresse mecânico anormal
- 2.1 Sobrecarga da força axial A força axial da válvula de fechamento é normalmente de 1,5 a 5 vezes maior que a das condições normais de trabalho, e a carga do mancal de encosto pode atingir ou mesmo exceder seu limite de carga, resultando na fragmentação ou deformação da gaiola do mancal.
2.2 Danos por vibração e fadiga A diferença na expansão térmica causada pela alta temperatura leva à deformação térmica ou tensão térmica, folga anormal entre o impulsor e a carcaça da bomba, e a influência da carga hidráulica desequilibrada, o que causa danos ao equilíbrio dinâmico do rotor, aumento da vibração e danos por fadiga nas peças.
Cavitação e danos materiais
3.1 A tolerância de NPSH para vaporização invertida do meio [tornar a tolerância de cavitação (NPSHa) do dispositivo menor que o NPSHr necessário da bomba], forma bolhas, e a onda de choque gerada pelo colapso das bolhas pode atingir 690 MPa, resultando em corrosão por pite e lascamento em favo de mel do rotor do impulsor.
3.2 Deterioração da estrutura metalográfica: Em rotores de aço inoxidável austenítico, a sensibilização pode ocorrer em altas temperaturas localizadas, aumentando a taxa de corrosão intergranular e diminuindo a resistência à tração. Em rotores de aço carbono, os problemas em altas temperaturas são mais significativos, como oxidação e descarbonetação, resultando em diminuição da resistência superficial e deterioração geral. Se contiverem impurezas como enxofre e fósforo, estas tendem a se segregar nos contornos de grão em altas temperaturas, causando fragilidade térmica e facilidade de fissuração durante a operação. Sob alta temperatura prolongada, o aço carbono apresenta baixa resistência à fluência, e altas temperaturas localizadas podem acelerar a deformação por fluência, o que eventualmente levará à fratura do rotor ou à falha por fadiga.
Segurança do sistema e riscos econômicos
4.1 A pressão na carcaça do mancal excede o limite e o acionamento da válvula de fechamento faz com que a pressão de saída da bomba atinja 120-150% do valor nominal, havendo risco de ultrapassar a pressão definida na válvula de segurança, o que pode acionar a descarga de alívio de pressão ou causar fissuras na solda da tubulação.
4.2 Aumento do consumo de energia e dos custos de manutenção A operação de desligamento da válvula é a "condição crítica" das bombas centrífugas, aumentando significativamente o consumo de energia a curto prazo, e a operação prolongada leva a danos irreparáveis ao equipamento, podendo o custo total de manutenção aumentar de 3 a 10 vezes.
Deterioração das condições de trabalho na mídia especializada.
Para fluidos voláteis (ex.: GLP), a operação da válvula fechada acelerará a vaporização da fase líquida, e o fluxo bifásico gás-líquido na câmara da bomba causará mudanças repentinas no fluxo, resultando em oscilações periódicas das forças axiais e acelerando o desgaste dos componentes.
Experiência no setor e requisitos padrão
6.1 Experiência na Indústria: De acordo com a experiência prática em aplicações de engenharia, o tempo limite de funcionamento da válvula da bomba centrífuga não deve exceder 2 minutos, sendo geralmente limitado a 1 minuto. Recomenda-se a instalação de um sistema de controle de intertravamento para acionar automaticamente o programa de proteção de desligamento quando a válvula de saída fechar ou exceder o tempo limite.
6.2 A especificação padrão exige que a norma API 610, 12ª edição, declare que algumas bombas de alta energia, com engrenagens integradas ou multiestágios, apresentam um rápido aumento de temperatura quando a válvula de saída é fechada, o que torna os testes inviáveis e/ou inseguros nessa situação. O aumento de temperatura está intimamente relacionado à densidade de potência. A densidade de potência PD pode ser aproximada por:
Classificação P: Potência nominal por estágio quando a água está em hp (ou MW)
D imp: Diâmetro nominal do impulsor em polegadas (ou metros).
Bocal D: Diâmetro nominal do flange de saída em polegadas (ou metros). Para bombas de sucção dupla e estágio único, o bocal D corresponde ao diâmetro do flange de entrada.
O valor crítico típico para PD é de 0,286 hp/in.3 (13 MW/m3), acima do qual é recomendável não operar a bomba com a válvula de saída fechada durante os testes de desempenho.
Data da publicação: 04/06/2025