Prevenção de golpe de aríete na tubulação utilizando diferentes designs de válvulas de alívio de ar.

Olá e bem-vindo ao Controlling Water, um espaço para conversarmos sobre medidores de água e insights interessantes sobre o setor de água. Em cada episódio, recebemos profissionais do setor que são especialistas em tudo relacionado a válvulas, medidores e melhores práticas no setor de água. Estamos aqui com Colin Kirkland, da BERMAD Australia, que é um dos engenheiros da BERMAD AU.

Ele tem mais de 30 anos de experiência no setor, trabalhando em tubulações que podem estar sujeitas a golpe de aríete. Colin, estou muito animado para conversar com você sobre golpe de aríete hoje. É um termo que ouvimos bastante. É um problema muito comum. Pode ter consequências significativas em uma tubulação em uma ampla variedade de cenários, então é realmente empolgante podermos conversar a fundo sobre isso hoje.

Antes de entrarmos em alguns cenários, e eu sei que até tenho uma história de golpe de aríete para te contar também, o que é exatamente o golpe de aríete? Como você o descreveria?

Bem, o golpe de aríete é um fenômeno que ocorre em qualquer tubulação de abastecimento de água onde se observa um aumento rápido da água, muito além do que normalmente estaria atuando, geralmente causado por uma mudança rápida de vazão. Portanto, se vemos uma mudança rápida de vazão, quando alguém fecha uma válvula muito rapidamente, tendemos a observar um aumento muito acentuado da pressão, que então se reflete de volta no sistema.

Agora, esse golpe de aríete pode se propagar em velocidades impressionantes. Se uma tubulação estiver completamente cheia de água e estivermos passando, por exemplo, por uma tubulação de aço, ele pode se propagar até um quilômetro por segundo, mil metros por segundo.

Uau.

Mas se fosse um tubo mais flexível, de menor pressão, como o polietileno, a onda poderia se propagar a três a quatrocentos metros por segundo, mas ainda assim seria uma onda de pressão que viaja muito rapidamente, como ocorre em uma rede quando alguém fecha uma válvula. Então, o que é o golpe de aríete? É uma mudança rápida ou um aumento rápido de pressão além das condições normais de operação, gerado por uma alteração brusca no fluxo.

Tão interessante. Tão interessante. E isso também faz, com essa mudança de pressão, um som incrível.

Pode, sim. Também é um pouco assustador.

Sim, pode ser, pode ser! Eu me lembro que morava em um prédio de apartamentos e tivemos surto aparecer. Era um prédio muito antigo, lindo, com tubulações antigas também. E o surto apareceu e era tão perturbador, acontecia a qualquer hora do dia e da noite, completamente imprevisível, e você achava que estava tudo tranquilo e então começava a ouvir as batidas e pensava: não, de novo não.

Sim. Essa situação acontece com frequência. Ainda me lembro do meu filho, que trabalhava no turno da noite, e ele chegava em casa, tomava banho à noite, fechava o chuveiro e você ouvia um bang, bang, bang toda noite, sabe? Então sim, isso acontece tanto em residências quanto, como no seu caso, provavelmente a Sarah era alguém abrindo e fechando válvulas muito rapidamente. Porque, se você pensar, muitos anos atrás, não tínhamos torneiras de alavanca. Quando íamos à pia, tínhamos uma torneira que você precisava girar e levava mais tempo para fechar. Não tínhamos um golpe de aríete tão forte, mas hoje estamos criando muitas coisas que geram mudanças rápidas de vazão. É exatamente isso. Então, provavelmente no seu caso, pode ter sido alguém abrindo e fechando algumas válvulas. Pode ter sido ar no sistema de água quente retornando e sendo comprimido. Pode ser uma série de coisas, mas é comum. Está em todo lugar. Nunca vai desaparecer, mas podemos lidar com isso e podemos consertar.

Fico feliz em saber disso. Então, como uma válvula de alívio de ar em uma tubulação reduz os efeitos do golpe de aríete?

Sim. Boa pergunta. Então, mesmo se eu voltar à questão que você fez sobre o seu prédio de apartamentos, praticamente todo engenheiro hidráulico sempre tenta ter um sistema. Se houver abastecimento de água, queremos ter apenas água, não queremos ar, porque se houver ar em uma tubulação de água, ele é compressível. Sendo compressível, se abrirmos uma válvula e permitirmos o fluxo de água, e depois fecharmos instantaneamente, isso pode criar um efeito de ressalto, fazendo com que os tubos vibrem e tudo aconteça.

O mesmo acontece em um grande empreendimento comercial, em uma mina ou em um sistema de irrigação, que funcionam exatamente da mesma forma. Como uma nova válvula de alívio entra nisso? Uma válvula de alívio de ar é projetada para liberar automaticamente qualquer ar aprisionado, caso esteja presente no produto ou na tubulação. Assim, fica apenas água ali dentro, o que pode ter um grande impacto.

Esse é apenas um aspecto. O outro é que você pode usar válvulas de alívio de ar para prevenção de golpe de aríete. Por exemplo, se eu encher a tubulação rápido demais, posso causar golpe de aríete. Se eu instalar uma válvula anti-golpe, consigo controlar a taxa de enchimento. Assim, a água sai em uma vazão controlada e evita o golpe de aríete.

Portanto, as válvulas de alívio de ar podem ser usadas em uma infinidade de aplicações diferentes em qualquer rede de água para garantir que minimizemos o golpe de aríete, com certeza.

Vou te perguntar sobre o anti-golpe em um momento, mas antes disso, você mencionou esse tipo de vácuo com ar em uma tubulação. Existem problemas ao romper o vácuo?

Sim. Então, idealmente, como eu estava dizendo antes, não queremos ar na tubulação. Mas, em algumas condições, se eu fosse te dar a aplicação mais básica, imagine que temos uma bomba em um ponto baixo bombeando para cima de uma colina e, à medida que a colina desce do outro lado, a água flui para um reservatório. Se desligarmos a bomba, a água que está subindo em direção ao topo da colina para, mas a água no topo da colina desce para o reservatório. Nesse momento, ocorre a separação de coluna. É um fenômeno em que a pressão no tubo cai abaixo da pressão atmosférica e o ar é aspirado para dentro da tubulação.

Agora, quando esse ar é aspirado e a coluna se junta novamente, se ele for liberado rápido demais, gera golpe de aríete. Esse é o problema da separação de coluna. Então, podemos instalar uma válvula de admissão e escape de ar que permita a entrada de ar muito rapidamente, mas que o libere muito lentamente, de forma controlada, para evitar o golpe de aríete. E é isso, como você mencionou antes, que uma válvula anti-golpe faz.

Hmm. Interessante. Muito interessante. Então, parece que as válvulas de alívio de ar realmente podem gerar golpe de aríete de certa forma.

Fico realmente triste em dizer isso… então sim, eles podem, sim.

Existem muitos softwares de modelagem disponíveis, que os engenheiros utilizam para projetar tubulações e analisar aspectos relacionados ao golpe de aríete, e eles conseguem simular situações em que ocorre a separação da coluna d’água. E ter uma válvula realmente projetada especificamente para separação de coluna d’água, como uma Fox RFP, que chamamos de válvula de prevenção de enchimento rápido ou válvula de ar do tipo anti-golpe, como eu estava dizendo, permite a entrada de ar muito rapidamente, mas de forma controlada, e libera o ar também. E sabemos que isso é eficaz. E hoje em dia, há muito mais informações sobre como podemos utilizar esses dispositivos e, se você tiver os critérios corretos, eles são inseridos no software de modelagem e é possível ver que os resultados são realmente muito bons.

Portanto, é seguro e comprovado atualmente. Há 15-20 anos, isso era praticamente desconhecido. Mas hoje, com o avanço de tudo, com o avanço da tecnologia, é uma forma realmente eficaz de utilizar um produto para minimizar o golpe de aríete, e uma válvula de alívio de ar, no contexto geral, é um componente muito pequeno. Normalmente representa uma porcentagem muito, muito pequena do custo de toda a rede, mas pode ser extremamente eficaz. E algumas pessoas pensam: “Bem, não é caro o suficiente”, mas se você inserir no software e ver os resultados, está comprovado.

Interessante. Interessante. E este software realmente parece que pode mitigar parte do risco e parte das complicações que podem ocorrer com o golpe de aríete, além de permitir que você compreenda melhor a sua situação ao vê-la simulada.

Você está vendo em tempo real, Sarah.

Então, o que você está vendo é: vamos desligar a bomba em cinco segundos, depois desligar em 10 segundos, vamos desligar em 20 segundos e ver como a onda de pressão realmente opera. Vamos ver como os componentes funcionam nessa situação. E sim, isso elimina ou reduz o risco, que é o principal, porque simula, idealmente, o que vai acontecer, desde que você insira as informações corretas. E isso é algo que conhecemos muito bem na Bermad: como ajudar os usuários desses produtos a garantir que eles estejam sendo modelados corretamente, para obter os resultados certos.

Tão valioso.

Sim.

Vamos fazer uma breve pausa antes de voltarmos para conversar sobre como minimizar o golpe de aríete em instalações complexas com topografias variadas.

Você está ouvindo o Controlling Water, o podcast da Bermad. Sua fonte primária de informações sobre tudo relacionado à tecnologia da água, válvulas e medidores. Para mais informações sobre qualquer um dos produtos ou temas discutidos neste episódio, além de uma ampla variedade de recursos e artigos desenvolvidos para apoiar você como profissional da água, acesse https://www.bermad.com.au.

Agora, de volta ao programa.

Tenho consciência de que já falamos sobre alguns dos softwares de modelagem em outro episódio sobre golpe de aríete. E vamos adicionar esses detalhes às notas deste episódio, o que é empolgante.

Ótimo!

Maravilhoso.

Então, quero te apresentar um cenário, Colin: suponha que o seu projeto de tubulação seja realmente complicado ou esteja em uma topografia íngreme. Quais seriam as possíveis soluções que você pensaria para minimizar o golpe de aríete nessa situação?

Exatamente. Então, há uma infinidade de soluções diferentes, possivelmente, Sarah. Em topografias íngremes, normalmente temos altas, o que chamamos de pressões estáticas. Ou seja, quando as bombas não estão funcionando, ainda temos uma pressão muito alta na tubulação, mas quando as bombas entram em operação, aumentamos essa pressão para permitir o fluxo de água. Algumas das soluções potenciais, dependendo dos resultados, podem ser o que chamamos de vaso de surto ou tanque de surto unidirecional. Esses são vasos muito grandes de tamanho específico, que possuem uma bexiga interna ou pressão de ar, que ajudam a absorver a onda de retorno e também garantem que não haja entrada de ar na rede. Eles preenchem o vazio caso haja separação de coluna, são tecnologias comprovadas, muito boas, caras, de grande porte, excelentes soluções, mas em algumas situações práticas, não são viáveis.

Por exemplo, se estivéssemos em uma grande cidade e tivéssemos uma estação de transferência de grande porte e precisássemos instalar dois tanques de 20.000 litros ao lado de uma estrada. Não seria prático. Então, quais são algumas das outras soluções? Pode haver válvulas de alívio de pressão. Ou seja, válvulas de alívio muito, muito rápidas, que podem eliminar instantaneamente esse surto de pressão. Ou podemos ter válvulas de alívio de ar que permitem a entrada de ar e controlam sua descarga. Ou ainda podemos ter um produto que se acopla à bomba para evitar que ela desligue rápido demais; isso é chamado de controle de bomba. Basicamente, à medida que a bomba inicia, deixamos a válvula abrir bem devagar e gradualmente, permitindo que a água entre aos poucos na rede. E quando for desligar, bem, antes de desligar, vamos fechar essa válvula de forma bem suave e gradual, e só então desligar quando o fluxo estiver quase zero. Portanto, existem muitas soluções para diferentes aplicações, para diferentes qualidades de água, diferentes segmentos de mercado, que proporcionam o preço, a solução e a praticidade adequados para o problema que pode ocorrer.

Fascinante, então, vamos inverter um pouco o cenário.

Certo.

Suponha que você tenha uma topografia plana. Quais soluções seriam apropriadas?

Sim. Então, existem duas situações muito diferentes. Vamos pegar um exemplo prático de uma fazenda em uma área rural muito plana, onde há uma rede muito longa de tubulações levando água até os projetores, por exemplo. Quando você não tem muita pressão estática, ou seja, a pressão que existe quando as bombas estão desligadas, há uma probabilidade muito alta de separação de coluna. Isso acontece quando, basicamente, a pressão na tubulação cai abaixo de zero, o que faz com que o ar seja sugado em grandes quantidades. E, claro, quando esse ar está dentro da tubulação, ele é comprimível e pode causar golpe de aríete. Por isso, precisamos de produtos que realmente possam mitigar esse problema e liberar o ar em uma taxa controlada.

Assim, mesmo que dispositivos como vasos de surto fossem ideais nessa situação, eles podem ser tão grandes e caros para um produtor de irrigação adquirir que acabam não sendo práticos.

Certo.

Mas, se fosse uma companhia de água, eles poderiam decidir, bem, não, nós temos o terreno, temos o espaço. Podemos decidir fazer isso. Então, é o que é prático para cada instalação. Não é nada contra uma ou outra opção, é o que é adequado para o trabalho certo.

Com certeza. Com certeza. E existem opções de baixo custo disponíveis?

Sim.

Isso existe?

Com certeza. Bem, as válvulas de alívio de ar são um caso clássico disso, porque uma válvula de alívio em uma tubulação de cinco quilômetros pode representar apenas um investimento de US$ 5.000 em uma infraestrutura de US$ 10 milhões. Mas a eficácia desse produto em realmente funcionar e controlar a descarga de ar pode ser impressionante e é comprovada. Pode ser modelada. Pode ser observada. E hoje, a tecnologia que evoluiu para realmente mostrar esses produtos funcionando bem e de forma eficaz é comprovada. Por isso, temos muito orgulho de estar associados a esse tipo de produto, mas não se trata apenas de ter um produto, e sim de saber que ele foi instalado na aplicação correta, no local certo, e que pode ser modelado corretamente e demonstrar operar conforme foi projetado, adequado ao propósito.

Com certeza. Parece que realmente avaliar e compreender todos os fatores envolvidos é fundamental para encontrar a solução certa. Então, gostaria de falar sobre válvulas anti-golpe.

Quais são os diferentes tipos de projetos de válvulas de ar dentro das válvulas anti-golpe que evitam o golpe de aríete?

Com certeza. Na Austrália, Sarah, existe uma seção inteira que descreve quais são as diferentes funções. E provavelmente há cerca de quatro ou cinco tipos principais de projetos que muitos fabricantes incorporam, mas normalmente eles se resumem a duas funções principais. Uma delas basicamente diz, e é comumente conhecida no setor como RFP, prevenção de enchimento rápido. O que isso geralmente significa é: vou permitir taxas controladas de descarga de ar em um nível seguro, mas se atingir um nível descontrolado, ou seja, se a velocidade de saída da válvula for muito alta e eu for gerar golpe de aríete, vou desacelerar você.

Certo.

Então, diz que é adequado para o propósito. Ótimo. Eu deixo a válvula encher e isso é realmente excelente. E permite que grandes quantidades de ar retornem para a tubulação, mas é seguro. A outra situação que temos é o que chamamos de válvula de ar anti-golpe, que é projetada para situações em que há problema de golpe de aríete. Isso ocorre quando há separação de coluna. É quando grandes quantidades de ar entram rapidamente na tubulação para evitar vácuo. Então, temos um orifício muito pequeno que descarrega o ar em uma taxa muito, muito lenta e controlada. Assim, utiliza esse bolsão de ar dentro da tubulação para comprimir e fazer com que as duas partes de água se juntem novamente de forma muito suave.

Daí o termo anti-golpe.

Anti-golpe! Exatamente, isso mesmo, porque por mais que me incomode, válvulas de ar podem gerar golpe de aríete. Mas as válvulas anti-golpe são projetadas para evitar isso.

Fantástico. Muito interessante. Então, se um projeto de orifício de descarga fixa, como o anti-golpe, é o melhor, devemos usar esse tipo de válvula de ar ao longo de toda a tubulação?

Veja, é possível fazer, Sarah, geralmente é bom, mas não é prático porque a maioria das tubulações permanece totalmente cheia durante a maior parte de sua vida útil. Elas só são realmente esvaziadas durante a manutenção ou quando ocorre algum tipo de evento importante. Mas, dito isso, existem muitas tubulações, por exemplo, adutoras de esgoto que ligam e desligam 300 vezes por dia e que enchem e drenam parcialmente uma tubulação todos os dias.

Portanto, se colocarmos válvulas anti-golpe em todos os locais, como elas possuem um orifício pequeno e limitado para a saída de ar, pode demorar muito para que o tubo seja preenchido. Por isso, geralmente não é prático instalá-las em todas as instalações, a menos que a tubulação permaneça totalmente cheia o tempo todo. Assim, normalmente consideramos a válvula anti-golpe com orifício fixo em locais estratégicos onde é crítico. Em uma estação de bombeamento, em um ponto onde você modelou a separação de coluna, ou talvez antes de uma válvula principal, quando se fecha fisicamente uma válvula muito grande, queremos garantir que a separação da coluna se feche muito lentamente. Portanto, é mais uma válvula estratégica projetada para resolver o problema de golpe de aríete.

E parece que, voltando à experiência que a Bermad possui e ao software de modelagem sobre o qual estávamos falando, ser capaz de tomar decisões estratégicas sobre onde posicionar esse tipo específico de válvula torna-se fundamental.

E é isso que um software de modelagem pode fazer com precisão, algo que eu não consigo. Eu tenho uma boa intuição de onde isso vai acontecer, mas ele vai te dizer exatamente naquele local. E às vezes você olha o relatório e acha que não está certo, mas esse é o fato. E é por isso que, às vezes, durante a instalação, as pessoas questionam e dizem: não sei por que isso não está instalado aqui, mas, de qualquer forma, é isso que vamos fazer. Mas o software realmente identifica isso.

Fantástico, interessante. Colin, obrigado por se juntar a mim hoje. Foi uma ótima conversa sobre golpe de aríete. Aprendi muito.

É um prazer. Obrigado.

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