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Data: 05/06/2018

Turbinas a vapor são máquinas térmicas rotativas que utilizam a "energia cinética" do vapor, convertendo a mesma em determinada "rotação e torque". Tal movimento rotativo é limitado a uma determinada velocidade de rotação, RPM, limitadas às condições de operação e projeto do equipamento. As turbinas a vapor fabricadas atualmente, são equipadas com sofisticadas válvulas de controle de admissão e sofisticados sistemas de segurança contra falhas operacionais. Porém a história de turbinas a vapor, em registro, tem sua utilização a partir do ano de 1883 com a Turbina De Laval. Devido aos 135 anos de utilização de turbinas a vapor, atualmente temos instaladas e em operação, inúmeras turbinas "antigas" em plantas industriais no Brasil e no mundo. Essas turbinas antigas, em muitos casos, não possuem uma tecnologia moderna e confiável nos sistemas de segurança contra falhas por sobrevelocidade (TRIP).

Figura 01: Rotor de uma turbina a vapor disponível em : https://grabcad.com/library/steam-turbine-model-1

O objetivo desse artigo, é apresentar uma solução moderna e confiável de segurança adicional a estes equipamentos, impedindo a ocorrência de sobrevelocidade no rotor da turbina, TRIP, na qual pode acarretar a "explosão de turbina" causando acidentes com prejuízos materiais e até mesmo fatalidades.

Acidentes com Turbinas a vapor

Nesses últimos 10 anos, no setor de Bioenergia, ocorreram vários acidentes com turbinas a vapor devido a ocorrência de sobrevelocidade. Na maioria das ocorrências, a rotação das turbinas foram tão elevadas que ocasionaram o rompimento de eixos, carcaças e o arremesso de peças e palhetas. Vejam algumas imagens de um acidente que ocorreu em uma central termoelétrica fora do Brasil.

Figura 02: Rompimento de peças por sobrevelocidade.
Figura 02: Rompimento de peças por sobrevelocidade.

Figura 03: Furos no telhado, ocasionados por arremesso de peças da turbina.
Figura 03: Furos no telhado, ocasionados por arremesso de peças da turbina.

TRIP de turbinas a vapor

As turbinas antigas, possuem um sistema mecânico para proteção contra sobrevelocidade, o qual se utiliza a "força" da aceleração centrífuga para acionamento de um pino de TRIP, que dispara o acionamento de uma válvula instalada na admissão de vapor da turbina. Tal válvula bloqueia rapidamente a entrada de vapor da turbina, impedindo que a mesma opere acima da velocidade de TRIP.

Figura 04: Ilustração de funcionamento do pino de TRIP.
Figura 04: Ilustração de funcionamento do pino de TRIP.

Figura 05: Ilustração de funcionamento de válvula de TRIP mecânica.
Figura 05: Ilustração de funcionamento de válvula de TRIP mecânica.

Causas de TRIP em máquinas

Imagine que você está dirigindo um carro em uma rodovia, estando o mesmo devidamente engrenado e acelerado, o que ocorrerá se você subitamente pisar na embreagem sem tirar o pé do acelerador? Certamente o motor do carro vai disparar em alta rotação até que o sistema eletrônico de segurança limite a rotação máxima permissível. Mas o que acontece se não houver esse sistema de limite de rotação? Certamente o motor do carro irá explodir por excesso de rotação.

No acionamento de um turbo gerador não é diferente. Se uma turbina a vapor estiver acionando um gerador, e o mesmo perder a "carga", caso o sistema de acionamento da turbina não retire a potência, a mesma vai acelerar até o acionamento do sistema de proteção de TRIP. Se tal sistema de proteção primário falhar, certamente a turbina vai acelerar até explodir.

Redundâncias em sistemas de segurança

No quesito de sistemas de segurança em equipamentos de alto risco, é comum ouvir a palavra "REDUNDÂNCIA". O portal de notícias G1, publicou um artigo no dia 04/08/2007 com o seguinte tema: REDUNDÂNCIA É PRINCIPAL FATOR DE SEGURANÇA DOS AVIÕES. Nesse artigo, foi esclarecido que em aeronaves há uma série de redundâncias em alguns equipamentos essenciais, que no caso de falhas, você pode contar com um segundo ou até um terceiro equipamento redundante.

Válvula de Proteção de Turbina (VPT)

Para uma redundância no sistema de proteção contra sobrevelocidade de turbinas, "TRIP/Overspeed", é instalado um sistema adicional composto por uma Válvula de Proteção de Turbina, Controlador Eletrônico e Sensores de rotação que podem ser simples ou redundantes. Tal sistema de segurança opera independente do sistema de controle da turbina, no qual o único objetivo é monitorar o rotação do equipamento e bloquear a admissão de vapor na turbina, caso a rotação da mesma ultrapasse o valor de TRIP programado. Outra função importante de tal sistema, é a possibilidade de acionamento remoto para bloqueio de admissão da turbina.

Figura 06: Sistema redundante de proteção de turbina com VPT.
Figura 06: Sistema redundante de proteção de turbina com VPT.

Do sistema de proteção apresentado na figura 06, vamos destacar a concepção da Válvula de Proteção de Turbina, VPT. Tal válvula é projetada especialmente para tal aplicação, onde as premissas de projeto são: Acionamento rápido e a seleção de materiais adequados  para não ocorrer o travamento. A VPT é equipada com pistão pneumático de fechamento rápido por mola e posição de falha normal fechada, seus internos são fabricados com aços inoxidáveis austeníticos altamente resistentes à corrosão. Outro detalhe importante no projeto dos internos da VPT, são as folgas entre os elementos internos, que são especificadas especialmente para esta aplicação.

Viabilidade de instalação

Os custos de implantação desse sistema redundante, é insignificante quanto aos prejuízos causados por um acidente. Sabemos que as indústrias estão passando por um momento difícil, mas a implantação desse sistema deveria fazer parte dos planos de investimentos, principalmente em empresas que possuam turbo geradores antigos. Sabemos que nenhum acidente é aceitável, e todo acidente pode e deve ser evitado.

A empresa ZANARDO VÁLVULAS®, é um tradicional fabricante de válvulas industriais a mais de 30 anos, possuindo uma ampla linha de produtos desenvolvidos e fabricados no Brasil. Possui uma equipe de Engenheiros qualificados para atendimento ao cliente, dimensionamento e aplicação de válvulas industriais. A ZANARDO VÁLVULAS®, tem em seu escopo de fornecimento a Válvula de Proteção de Turbinas (VPT), possuindo várias aplicações de válvulas VPT em vários clientes com 100% de satisfação.

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