Expansão Térmica: Um Gigante Oculto na Prevenção de Sobrepressão em Sistemas de Processo

No universo da engenharia de processo, a segurança é um pilar inegociável. A integridade de tubulações e vasos, bem como a prevenção de incidentes catastróficos, dependem de uma compreensão aprofundada dos perigos inerentes às nossas operações. Um dos fenômenos muitas vezes subestimado, mas com potencial destrutivo significativo, é a expansão térmica em sistemas bloqueados.

Este artigo técnico visa desmistificar a expansão térmica como uma causa de sobrepressão, explorando o mecanismo por trás dela, suas consequências e as soluções de engenharia essenciais para mitigar seus riscos. É um conhecimento fundamental para engenheiros químicos, mecânicos, de automação e de segurança que projetam, operam ou mantêm instalações industriais.

Entendendo a Expansão Térmica e Seus Perigos

Imagine uma tubulação ou um vaso totalmente preenchido com um líquido. Se essa seção do processo for “bloqueada” – por exemplo, pelo fechamento de duas válvulas de isolamento – e o líquido começar a aquecer, o perigo se instala. O aquecimento pode ser lento, decorrente da exposição solar, do calor ambiente ou de um sistema de aquecimento não controlado.

A característica crucial dos líquidos, neste contexto, é que eles são praticamente incompressíveis. À medida que a temperatura do líquido aumenta, ele tenta expandir. No entanto, com a via de escape bloqueada, essa expansão se traduz em um aumento massivo da pressão interna. O resultado são “tremendas forças hidráulicas internas” que podem comprometer a integridade estrutural da tubulação ou do vaso, levando a falhas mecânicas, vazamentos ou, em casos extremos, rupturas catastróficas.

A Solução Essencial: Alívio Térmico

Diante desse cenário, a seção de tubulação ou vaso que pode ser bloqueada e contem líquido suscetível a expansão térmica exige alívio térmico. O objetivo é prover uma rota para que o pequeno volume de líquido excedente, resultante da expansão, possa ser evacuado de forma segura, evitando a sobrepressão.

Para essa aplicação específica, existem no mercado válvulas de alívio térmico (Thermal Relief Valves – TRVs). É importante notar que os fluxos necessários para o alívio térmico são “muito pequenos”. Consequentemente, superdimensionar uma válvula de alívio térmico “nunca é uma boa ideia”, e são recomendados orifícios com tamanhos “preferencialmente abaixo do orifício API D”. O dimensionamento correto é crucial para garantir que a válvula opere conforme o esperado, sem causar outros problemas operacionais ou de segurança.

Calculando o Fluxo Necessário para o Alívio Térmico

Para garantir que a válvula de alívio térmico seja dimensionada corretamente, a norma API 521 fornece uma fórmula que pode ser utilizada para calcular a vazão necessária (Q):

Esta fórmula permite que os engenheiros calculem com precisão a capacidade de alívio necessária, assegurando que a válvula escolhida seja adequada para a tarefa de proteger o sistema contra as forças hidráulicas geradas pela expansão térmica.

Conclusão: Compromisso com a Segurança e Projeto Robusto

A expansão térmica é um fator crítico na segurança de processo que não pode ser ignorado. A falha em reconhecer e mitigar esse perigo pode levar a consequências graves, tanto para o pessoal quanto para a infraestrutura da planta. Engenheiros de todas as disciplinas devem estar cientes dos princípios por trás da expansão térmica, da necessidade de alívio e da importância do dimensionamento correto das válvulas de alívio térmico.

Ao incorporar essa compreensão nos projetos, nas revisões de segurança e nos procedimentos operacionais, garantimos que nossos sistemas sejam não apenas eficientes, mas, acima de tudo, seguros. O uso de padrões da indústria, como a API 521, e a seleção criteriosa de equipamentos são passos fundamentais para manter a integridade dos processos e promover uma cultura de segurança robusta em nossas operações.

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Referências

PERRY, J. A.; MYERS, M. R. Streamline Your Process Hazard Analysis. AIChE, 2013