As máquinas rotativas como turbinas, bombas e compressores são continuamente sujeitos a grandes forças mecânicas. Como a maioria dessas máquinas são fundamentais para o processo, os sistemas são implementados com funções de proteção e / ou monitoramento para evitar falhas. Neste artigo, destacamos algumas falhas comuns relacionadas à velocidade que podem ocorrer com máquinas rotativas.
Proteção de velocidade
1. Sobrevelocidade
A construção de máquinas rotativas é projetada para suportar uma certa velocidade de rotação, conhecida como a velocidade de construção. Quando o sobrevelocidade ocorre, o eixo da máquina gira mais rápido que a construção da máquina é capaz de suportar. As forças aumentam exponencial com a velocidade de rotação que pode causar soltas as partes. Isso poderia ter um impacto catastrófico no processo, pessoal e ambiente. Análises de risco, portanto, mostram que, na maioria dos casos, é obrigatório ter um sistema de proteção excessiva. Através de medições de velocidade, a velocidade de rotação (RPM) pode ser medida. Um sistema de proteção excessiva garante a velocidade de rotação para permanecer dentro de certos limites, para evitar danos à máquina. Se os valores de limite predefinidos forem excedidos, a máquina é desligada imediatamente (Figura 1). Essas viagens de máquina precisam acontecer dentro de um prazo muito curto. De acordo com as diretrizes da máquina atuais (API 670), os sistemas de proteção de sobrevelocidade devem ter um tempo de resposta não mais que 40 ms.
O sobrevelocidade é o maior medo de qualquer operador de máquinas rotativas. Não responder no tempo ou o mau funcionamento de um sistema de proteção excessiva pode causar lâminas de turbinas ou peças de rotor se soltarem. No pior dos casos, essas partes percorrem a moradia da turbina, comprometendo a segurança do pessoal e causando grandes danos ao equipamento alimentado pela turbina.
2. Aceleração
A aceleração rápida demais de uma máquina rotativa pode causar uma máquina rotativa para entrar no excesso de velocidade, apesar do atual sistema de proteção excessiva, causando uma situação perigosa. Dependendo da velocidade de aceleração, parando o motorista de uma máquina não levará imediatamente a uma diminuição na velocidade de rotação. Devido a grandes forças, a velocidade pode até aumentar de um curto período de tempo após o motorista já ter sido interrompido. Quando um sistema de proteção excessiva tropeça quando o valor limite de 110% da velocidade máxima de rotação tolerável é atingida, um certo grau de aceleração ainda pode causar a velocidade acumulada para exceder os 110% permitidos (Figura 2). Desta forma, a máquina ainda atinge uma velocidade de rotação crítica, com danos como resultado.
Durante o start-up de uma máquina rotativa, dependendo da energia disponível, deve ser protegida para aceleração. Ao contrário da proteção excessiva, a proteção de aceleração não analisa apenas o RPM, mas no aumento do RPM dentro de um intervalo de tempo predeterminado. Quando os sensores de velocidade detectam um aumento excessivo de aceleração, o sistema de proteção desbloqueará a turbina.
Quando a máquina não está protegida para aceleração, ela ainda vai entrar no excesso de velocidade. Um sistema de proteção excesso de velocidade não é capaz de parar a máquina no tempo durante um aumento excessivo de aceleração.
Monitoramento de velocidade
3. Rotação reversa
Pode ocorrer que a pressão do processo faz com que um compressor entregue na direção errada enquanto a turbina que impulsiona este compressor não está operando. Isso é conhecido como rotação reversa. Essa pressão pode ocorrer porque a válvula de sucção não fecha corretamente, causando um vazamento. Quando a turbina é iniciada durante esta condição do compressor, isso levará ao dano. A pressão que é construída como resultado da rotação reversa e a pressão da turbina irá contrariar um ao outro, o que pode, por exemplo, causar danos ao acoplamento. Isso muitas vezes diz respeito a danos financeiros, mas não representa um perigo direto ao pessoal e ao meio ambiente.
4. Paralisação / rastejar
É importante que uma turbina seja parada antes que o trabalho de retirada / manutenção seja iniciado. Afinal, a enorme massa de uma turbina pode causar situações perigosas se o trabalho de manutenção for iniciado enquanto a turbina ainda estiver girando lentamente. Para monitorar isso, as medições de velocidade devem ser feitas durante um período mais longo do que as medições de velocidade normal, porque a turbina está sendo executada a uma velocidade muito baixa durante o processo de desligamento.
5. Subvelocidade
Subvelocidade é o oposto da sobrevelocidade, mas é uma falha menos crítica. Para manter um processo em execução, uma instalação deve manter um rpm mínimo. O processo não pode mais ser conduzido com um rpm inferior. Embora a subvelocidade seja altamente indesejável devido a uma interrupção do processo de produção, não tem o mesmo impacto catastrófico que o sobrevelocidade. Os valores limite podem ser definidos para que um alarme seja acionado quando o RPM mínimo para manter o processo é atingido. Isso permite que o operador impeça a subvelocidade ocorrendo. As medições de subvelocidade também podem ser usadas para indicar, por exemplo, que um motor jog pode ser ligado.
Speedsys – Sistema de proteção de sobrevelocidade
A Istec desenvolveu o Speedsys: um sistema de proteção de sobrevelocidade certificado por seu projeto. Declamos todas as funcionalidades adicionais e retornamos ao núcleo da proteção de sobrevelocidade conforme definido pelo padrão API 670. O Speedsys possui um intervalo de teste mínimo de 10 anos, escalabilidade para maior classificação SIL por meio de estruturas de votação e uma arquitetura baseada em transmissor, em oposição a arquiteturas complexas baseadas em rack. O Speedsys oferece o mesmo nível de proteção que qualquer sistema baseado em rack, mas é muito mais acessível financeiramente para equipamentos rotativos menores e maiores.
