Sistemas de fluidos industriais podem apresentar diferentes comportamentos não só em função desse tipo de fluido, mas também devido à fase em que constam.
A compressibilidade do fluido, expansão volumétrica, influência da temperatura e até facilidade para ocorrer vazamentos dizem muito sobre como eles devem ser tratados, e isso impacta nos critérios de projeto, seleção de componentes, manutenção e inspeção.
Por isso, transportar um gás por uma tubulação não é o mesmo que transportar água, óleo ou outros líquidos.
Digo, os dispositivos envolvidos podem ser bastante comuns, como válvulas, bombas, conexões, tubulações, compressores e instrumentos de medição. Mas, a abordagem é sempre diferente.
E, como será que isso impacta a confiabilidade em sistemas com gases industriais? Qual a diferença dos sistemas de gases para os sistemas de líquidos?
Para responder essa pergunta, precisamos considerar a resistência mecânica dos componentes, o comportamento do gás durante a operação e quais consequências podem surgir quando existe perda de contenção.
Vejamos isso neste texto.
Por que gases exigem uma abordagem diferente de confiabilidade?
Comecemos pelo comportamento físico do fluido.
Os líquidos apresentam baixa compressibilidade.
Na prática, isso quer dizer que caso a pressão varie, o volume do líquido sofre uma alteração relativamente pequena se comparado com um gás.
O gás, por sua vez, são fluidos significativamente compressíveis. Isso significa que, para uma variação de pressão e temperatura relativamente pequenas, resulta em grandes variações de volume.
A dinâmica do sistema de um caso para outro, então, não é a mesma!
Exemplo:
- A linha de gás comprimido apresenta uma quantidade de energia armazenada associada à pressurização que o gás sofre.
- A conexão, válvula ou outro componente falha: ocorre a despressurização rápida, o gás perde sua característica e também há perda de eficiência
Além disso, os gases também apresentam maior facilidade de apresentar leakage (vazamento) para pequenas descontinuidades, dependendo da pressão, da abertura e das características do fluido, se comparados com líquidos.
Por meio deste exemplo, avaliar somente a resistência estrutural da tubulação não é suficiente.
Quando falamos em confiabilidade, devemos considerar também, portanto, a estanqueidade, controle de pressão, compatibilidade dos materiais e estabilidade operacional.
Compressibilidade: o principal diferencial entre gases e líquidos
A análise de sistemas com gases é fortemente impactada pela compressibilidade. Sistemas de líquidos apresentam o mesmo volume quando a pressão varia, enquanto o volume de gases é impactado fortemente com a pressão e temperatura.
Que tal entender isso por uma equação simples?
PV = nRT
onde:
- P = pressão;
- V = volume;
- n = quantidade de matéria;
- R = constante dos gases;
- T = temperatura absoluta.
Veja a relação direta da pressão e temperatura sobre o volume do gás.
“Na prática industrial, em que isso influencia?”
Essa consideração deve ser levada a operações como compressão, expansão, armazenamento, purga, despressurização e controle de vazão.
Além disso, vale considerar como perturbações interferem no processo e se propagam pelo sistema.
E o pior: muitas aplicações trabalham com grandes diferenças entre pressão de entrada e saída. Nesses casos, a queda de pressão pode provocar alterações relevantes na velocidade do gás e na temperatura local.
Sistemas com gás comprimido, exemplificando, são facilmente impactados por perturbações. Quando alteram a pressão do sistema, produz transientes rápidos. Isso chama atenção até mesmo para a abertura e fechamento de válvulas.
Caso a válvula, regulador ou elemento de controle sejam selecionados de forma inadequada pode gerar condições diferentes das previstas no projeto, como ruído, vibração, erosão ou instabilidade de controle.
Vazamentos em sistemas com gases e a segurança
Sistemas que trabalham com gases devem ganhar atenção destaque porque, diferente de líquidos, os vazamentos não são facilmente identificáveis (não há formação de gotas ou manchas).
Com o gás, a identificação é difícil e, dependendo do fluido utilizado (como amônia, entre outros que possam ser tóxicos, inflamáveis, asfixiantes e oxidantes), o problema pode ser ainda maior.
Quando existe diferença de pressão entre o interior da tubulação e o ambiente, a passagem de fluido pode ser facilitada.
Para outros casos em que não há grande risco para pessoas, como ocorre em linhas de ar comprimido de baixa pressão, os vazamentos podem resultar apenas em perda de energia e aumento da demanda do compressor (o que também é indesejável).
Então, para garantir a confiabilidade do sistema de gás, é preciso validar a estanqueidade do sistema com sniffers e detectores de gás específicos.
Durante a inspeção do sistema, atente-se às conexões roscadas, flanges, válvulas, juntas, selos, reguladores e pontos de instrumentação (onde sensores, por exemplo, podem estar instalados).
Onde a confiabilidade pode ser perdida?
A resposta para essa pergunta não envolve “onde” especificamente um sistema pode rejeitar a confiabilidade, mas sim o “como” isso é feito é que nos chama a atenção.
E como perder a confiabilidade do sistema de gás? Bem, existem mais maneiras do que você imagina, mas todos eles se resumem a: escolher componentes sem considerar características específicas, como o tipo e condição do gás
Um exemplo: se você seleciona ou aloca uma válvula de operação para líquido para uma operação para gás, considerando como apta apenas pela sua capacidade de suportar a pressão nominal do sistema, você terá grandes problemas.
Então, para aderir confiabilidade ao seu processo, considere fatores como:
- Pressão e temperatura de operação;
- Pressão máxima admissível;
- Vazão;
- Compatibilidade química;
- Material do corpo e das partes internas;
- Material das juntas e vedações;
- Classe de pressão;
- Características de estanqueidade;
- Ciclos de abertura e fechamento;
- Possibilidade de erosão ou corrosão;
- Requisitos específicos de segurança do processo.
Além disso, merece especial atenção as vedações, as quais pode-se exigir compatibilidade com o fluido.
Manutenção e inspeção em sistemas com gases industriais
A confiabilidade de sistemas se inicia na fase de projeto, mas deve se estender até o fim, e daí vem a importância da manutenção industrial, a qual não se limita à substituição de componentes quando ocorre uma falha.
A manutenção exige inspeções periódicas e de responsabilidade, além de acompanhamento da operação.
Então, para manter a confiabilidade de sistemas com gases industriais, considere uma manutenção que monitore:
- Queda de pressão anormal;
- Variações de vazão;
- Aumento do consumo de gás;
- Atuação frequente de válvulas de controle;
- Vibração;
- Ruídos incomuns;
- Deterioração de juntas e vedações;
- Corrosão externa ou interna;
- Alterações na pressão de operação;
- Indícios de vazamento.
Conclusão
Sistemas industriais que trabalham com gases possuem elementos em comum com instalações de líquidos. No entanto, é um erro grave considerá-los para as mesmas aplicações.
Portanto, lembre-se do impacto do comportamento do fluido sobre a confiabilidade, da compressibilidade de gases e líquidos e das variáveis presentes no cenário, as quais devem somar às características do mesmo.
