Passei por estações de bombeamento ondetanque de compensaçãovinha fazendo seu trabalho silenciosamente há vinte anos, e já vi sistemas em que a proteção contra surtos foi dimensionada incorretamente e um disparo da bomba quebrou uma tubulação principal. Os tanques de compensação parecem simples em um P&ID. Na prática, eles são um dos componentes mais fáceis de errar, porque a falha só aparece durante um transitório e, a essa altura, o dano já está feito. Então, em vez de outra lista de benefícios, deixe-me descrever o que realmente decide se o tanque faz o seu trabalho.
O que um tanque de compensação está realmente fazendo
Um tanque de compensação é um amortecedor contra pressão transitória. Quando uma bomba desliga ou uma válvula fecha, a energia cinética do fluido em movimento tem que ir para algum lugar. Torna-se uma onda de pressão que viaja de volta pelo tubo. Sem um lugar para onde essa energia ir, a onda reflete, amplifica e pode quebrar um cano, levantar uma válvula ou danificar uma bomba.
Um tanque de compensação dá a essa energia um lugar para onde ir. Os tanques abertos permitem que o fluido suba e desça em uma coluna. Os tanques fechados usam uma almofada de gás comprimido para absorver e liberar a pressão. De qualquer forma, o tanque não é um recipiente de armazenamento no sentido normal. É um dispositivo dinâmico e deve ser dimensionado para o fluxo transitório, não para o fluxo-de estado estacionário.
Essa é a primeira coisa que a maioria das pessoas erram. O tanque é dimensionado pela análise de surto, não pelo tamanho da tubulação ou pela curva da bomba.
Aberto versus fechado, declarado claramente
Os tanques de compensação abertos estão abertos à atmosfera e geralmente elevados. Eles são simples, baratos, fáceis de inspecionar e fáceis de manter. Eles funcionam bem em sistemas de água, usinas hidrelétricas e em qualquer lugar onde o fluido seja benigno e a elevação possa ser fornecida. Os limites são reais: precisam de altura, precisam de espaço, estão expostos à contaminação e à evaporação e não podem ser utilizados com fluidos que reagem com o ar ou que devem ser mantidos sob pressão.
Os tanques de compensação fechados usam um recipiente selado com carga de gás comprimido. São compactos, podem ser pressurizados e mantêm o fluido isolado da atmosfera. Eles são o padrão em petróleo e gás, serviços químicos e em qualquer lugar onde o espaço seja apertado. Os limites também são reais: custam mais, a carga de gás tem de ser mantida e o comportamento da almofada de gás tem de ser modelado corretamente. Um tanque fechado com volume de gás errado ou pré-carga errada não protegerá o sistema, mesmo que pareça bom na folha de dados.
A escolha não é aberta versus fechada em geral. É aquele que se adapta ao fluido, ao transitório, ao local e à capacidade de manutenção da planta.
O que realmente determina se o tanque funciona
A folha de dados informará o volume e a classificação de pressão. Não lhe dirá as coisas que decidem se o tanque faz o seu trabalho.
- A análise de surto. Esta é a entrada mais importante. O tanque deve ser dimensionado em relação ao transiente real, seja um disparo da bomba, um fechamento da válvula, uma batida na válvula de retenção ou um golpe. Se a análise não for feita, ou se for feita com as propriedades do tubo e velocidade de onda erradas, o tanque terá o tamanho errado. Já vi tanques superdimensionados e tanques subdimensionados, e ambos causam problemas.
- Velocidade das ondas e propriedades do tubo. A velocidade da onda de surto depende do material do tubo, da espessura da parede, da densidade do fluido e do módulo aparente, e da presença de ar livre. Se errar, toda a análise estará errada.
- Verifique o comportamento da válvula. Uma válvula de retenção que fecha gera um transitório muito pior do que uma que fecha de forma controlada. O tanque de compensação e a válvula de retenção devem ser projetados juntos e não separadamente.
- Carga e pré-carga de gás. Para tanques fechados, a pressão de pré-carga e o volume de gás determinam como o tanque se comporta. Se a pré-carga estiver errada ou vazar com o tempo, o tanque para de funcionar. Este é o modo de falha mais comum que vejo em tanques de compensação fechados e é totalmente evitável com uma rotina de manutenção.
- Conexão e localização. O tanque deve ser conectado próximo ao ponto do transitório, com uma conexão que seja grande o suficiente para permitir a entrada e saída do fluxo necessário. Um tanque conectado através de um bocal pequeno não responderá com rapidez suficiente para proteger o sistema.
O que perguntar antes de comprar
Não aceite um orçamento que forneça um volume e uma classificação de pressão e nada mais. Pedir:
- A análise de surtos, incluindo os casos transitórios considerados
- As propriedades do tubo, velocidade da onda e propriedades do fluido usadas
- O comportamento da válvula de retenção e da válvula de controle assumido
- A pré-carga e o volume do gás, para tanques fechados
- O tamanho e localização da conexão
- O material de construção e a compatibilidade de fluidos
- O plano de manutenção, incluindo inspeção de carga de gás para tanques fechados
Se um fornecedor não puder mostrar a análise de pico, a cotação não será concluída. O volume do tanque por si só não diz nada sobre se o sistema está protegido.
Instalação e Operação
A maioria dos problemas de tanques de compensação que vi foram problemas de instalação ou manutenção, não problemas de projeto.
O tanque deve ser conectado no ponto certo, com o tamanho de conexão correto e apoiado para não carregar a tubulação. Para tanques abertos, a ventilação e o transbordamento devem ser dimensionados para o pico máximo, e não para o fluxo-em estado estacionário. Para tanques fechados, a carga de gás deve ser ajustada corretamente no comissionamento e verificada em intervalos definidos.
Uma vez em serviço, a rotina é mais importante que o hardware. Para tanques fechados, a inspeção da carga de gás é o item de manutenção mais importante, pois um vazamento lento desativará silenciosamente a proteção. Para tanques abertos, a inspeção de contaminação, proteção contra congelamento e controle de nível são importantes. Em ambos os casos, a proteção contra surtos deve ser revista sempre que houver alteração no sistema, pois uma nova bomba, uma nova válvula ou uma alteração no procedimento operacional podem alterar o transitório e invalidar o dimensionamento original.
Conclusão
Os tanques de compensação são um bom investimento quando são dimensionados em relação a uma análise de sobrecarga real, conectados corretamente e mantidos de acordo com um cronograma definido. São um desperdício de dinheiro quando o dimensionamento é adivinhado, quando a carga do gás nunca é verificada ou quando o sistema muda e a proteção contra surtos não é revisada.
Se você estiver especificando um tanque de compensação, faça primeiro a análise de sobrecarga. Em seguida, acerte o tipo e os detalhes da conexão. Então acerte na rotina de carga e manutenção do gás. Então se preocupe com o preço. Nessa ordem.