Prevenção de golpe de aríete em estações de bombeamento.

Olá e bem-vindo ao Controlling Water, um espaço para conversarmos sobre válvulas, água, medidores 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 na Austrália.

Com mais de 30 anos de experiência no setor, Colin está conosco hoje para falar mais sobre golpe de aríete. Desta vez, vamos discutir a prevenção do golpe de aríete em estações de bombeamento. Bem-vindo de volta, Colin. É sempre um prazer tê-lo aqui.

É bom estar aqui. Obrigado.

Tenho certeza de que esta é uma pergunta um pouco longa, mas, primeiramente, você pode explicar por que ocorre o golpe de aríete, especialmente em uma estação de bombeamento?

Sim. Bem, em episódios anteriores discutimos o que é o golpe de aríete e, claro, trata-se de um aumento rápido de pressão gerado por uma mudança muito súbita no fluxo. Isso é o que uma estação de bombeamento faz todos os dias. Então, vemos que há muitas estações de bombeamento onde as bombas podem ser acionadas e funcionar por dias e semanas seguidas, ou podemos ter bombas que terão 20, 30, 40 partidas por dia.

O efeito líquido é que, em uma estação de bombeamento, ao ligar uma bomba você está gerando uma mudança no fluxo. Ao desligar essa bomba, você está gerando uma mudança rápida no fluxo. Portanto, essas condições de aceleração controlada e desaceleração controlada acontecem, goste você ou não. O resultado final depende de como você controla isso.

Assim, as estações de bombeamento são provavelmente um dos maiores causadores de golpe de aríete em todas as indústrias, seja mineração, água, irrigação ou qualquer outra. O ponto-chave aqui é realmente entender o que é o projeto de uma estação de bombeamento e fazê-la funcionar de forma eficaz sob condições normais de operação, mas também em condições não controladas.

Ou seja, no caso de falha de energia ou em condições não controladas. Portanto, as estações de bombeamento são, sem dúvida, os maiores causadores de golpe de aríete que já encontrei em muitos anos.

E então, como os projetistas normalmente minimizam essa condição?

Certo. Então, se estivermos projetando uma estação de bombeamento propriamente dita, se pensarmos em bombas típicas, podemos ter um motor elétrico, um acoplamento e uma bomba. E, ao projetar essas bombas, geralmente se projeta uma bomba que possa produzir fluxo e energia suficientes para transferir a água para onde for necessário. E, na maioria das vezes, quando as pessoas montam esse conjunto de bombas e consideram um motor elétrico, também consideram diferentes formas de ligar e desligar esse motor.

Existem muitos processos que já existem há muito tempo. Há o que chamamos de DOL, que é partida direta na linha, e partida direta na linha basicamente significa que, quando alguém aperta o botão de ligar, pronto, a bomba inicia imediatamente e começa a funcionar; se desligar, ela para instantaneamente. Sem controle, péssimo para golpe de aríete.

E então você tem coisas como partidas estrela-triângulo. A partida estrela-triângulo é uma configuração em etapas e faz isso durante um período controlado para aumentar gradualmente. E, geralmente, a desaceleração também é muito ruim. Mas hoje em dia, há muito trabalho sendo feito sobre como controlar a partida das bombas. E há muitos dispositivos chamados soft starters ou inversores de frequência, ou simplesmente drives. E o que são esses dispositivos? São produtos elétricos que basicamente permitem que o motor acelere de forma lenta e controlada.

Da mesma forma, quando vão desligar, permitem que desacelerem gradualmente. Agora, o que a maioria das pessoas observa é que, ao projetar uma estação de bombeamento, geralmente não se pensa no golpe de aríete. Isso é algo secundário. O que se busca é que a bomba seja o mais eficiente possível. E eu sei que, se eu ligar a bomba muito rapidamente, ela consome muita energia. Então, preciso de 30% a mais de potência para ligar a bomba. Mas se eu fizer isso com um drive e aumentar a velocidade de forma suave, não preciso de tanta potência. Assim, o motor pode ser menor, a infraestrutura é menor e tudo fica mais eficiente. Ou seja, há muitas situações realmente boas que podem ligar e desligar esses motores de forma eficaz.

O que sempre analisamos, do ponto de vista do golpe de aríete, é: como você está ligando e desligando a bomba? E conseguimos ver quais são os efeitos líquidos sobre o golpe de aríete, mas geralmente não se olha para isso sob essa ótica. O foco é apenas fazer funcionar e fazer funcionar de forma eficiente.

Então, hoje, a maioria dos projetistas, ao projetar uma estação de bombeamento, vai incorporar um dos procedimentos de partida para essas bombas, seja um drive, um soft starter ou DOL. O ponto-chave é que, do ponto de vista do golpe de aríete, queremos algo que acelere gradualmente e desacelere gradualmente, que seja suave para o sistema. Agora, alguns desses sistemas podem ajudar na prevenção do golpe de aríete, mas definitivamente nem todos.

Bom saber. Bom saber. Colin, quero abordar algo que você mencionou antes. Você comentou que, em muitos casos, o projeto pode ser capaz de minimizar o golpe de aríete.

Sim.

Imagino que existam condições, porém, em que essa alteração de design pode realmente não funcionar. Quais seriam algumas dessas condições?

Certo. Se falarmos sobre aqueles dispositivos de partida básicos que mencionamos – partida direta, taxa de partida muito rápida, parada rápida, realmente não tem nenhum efeito sobre o golpe de aríete.

Certo.

Partidas diretas estrela-triângulo têm um leve efeito porque proporcionam um aumento um pouco gradual nas RPMs das bombas, o que não é tão ruim, mas partidas suaves podem ter um efeito realmente positivo.

Assim, uma partida suave ou um inversor pode aumentar gradualmente e introduzir fluxo e pressão na tubulação de forma progressiva, o que é algo bom. Mas o conceito geral que o operador imagina é – se eu aumentar a rotação dessa bomba ao longo de 60 segundos, a suposição é que o fluxo vai aumentar gradualmente durante esses 60 segundos, e isso nem sempre acontece.

À medida que a bomba começa a aumentar sua velocidade, ela começa a desenvolver pressão. O fluxo só começa a se mover quando você supera a carga estática. Para simplificar, imagine que estou bombeando para cima de uma colina a um quilômetro de distância, e a colina tem 50 metros de elevação. Até que a bomba gere 51 metros de energia, ela não superou toda a energia estática contra a qual está trabalhando, e a água só começa a fluir a partir desse ponto.

Agora, se a bomba aumentar a rotação ao longo de 60 segundos, mas 50 segundos desse tempo sejam necessários para atingir 51 metros, não houve transferência de fluxo, apenas aumentou a rotação sem efeito. E, de repente, bum, abriu. Ou seja, na verdade, só houve cinco segundos de transferência, o que é praticamente inútil.

Sim.

Portanto, para responder à sua pergunta, se a carga estática de que estamos falando, ou seja, aqueles 15 metros de coluna d’água, está muito próxima da carga em operação, digamos 60 metros, então é improvável que isso tenha um bom efeito contra o golpe de aríete, porque não vai aumentar o fluxo gradualmente. E, mais importante ainda, não vai reduzir o fluxo de forma gradual.

Assim que você começar a reduzir o fluxo após 10 segundos, ele vai parar instantaneamente. Então, em resumo, se a carga estática está muito próxima da carga em operação, ela é realmente ineficaz contra o golpe de aríete, e o inversor não vai fazer muita diferença, se é que fará alguma.

Bom saber. Então, nessa condição em que as pressões são muito semelhantes, o que pode ser feito para alcançar o mesmo resultado? Tenho certeza de que, ao longo dos anos, com a sua experiência, você possivelmente encontrou algumas soluções.

Sim, Sarah, temos sim. Temos uma solução muito boa chamada Válvula de Controle de Bomba Bermad modelo 740. Ela existe desde que entrei na organização e tem sido realmente um produto de referência, funcionando de forma confiável ao longo de muitos, muitos anos.

O que esse produto faz, na verdade, é que, independentemente da velocidade de aceleração da bomba, o que queremos alcançar é um aumento gradual do fluxo à medida que bombeamos morro acima. O que a Válvula de Controle de Bomba, ou o modelo Bermad 740, é, é uma válvula solenoide. Ou seja, quando ligo a bomba, energizo o solenoide e, assim que desenvolve pressão suficiente, a válvula se abre em uma taxa muito lenta e controlada, permitindo que menos água suba pela tubulação. É exatamente como se um operador dissesse: tenho uma válvula de gaveta e vou começar com ela fechada; quando ligo a bomba e ela começa a funcionar, o operador vai abrir a válvula de gaveta bem devagar, introduzindo a água na tubulação de forma lenta e gradual. Isso é excelente para a partida da bomba, e a válvula Bermad faz isso muito bem, de maneira simples e confiável.

Mais importante ainda, a maior parte do golpe de aríete ocorre quando desligam a bomba. Então, se eu fosse um operador e me dissessem: certifique-se de desligar a bomba com segurança, eu manteria a bomba funcionando e fecharia lentamente a válvula de gaveta ao longo de um ou dois minutos. Eu reduziria o fluxo, reduziria o fluxo, reduziria o fluxo. Quando o fluxo estivesse em 10% do valor de projeto, desligaria a bomba, e haveria pouquíssima variação de fluxo e nenhum golpe de aríete. É isso que a válvula Bermad também faz.

Assim, quando chega o sinal para a bomba parar, a bomba continua funcionando, mas a válvula é desenergizada e diz: vou fechar lentamente em uma taxa linear controlada e, quando chegar a 90% fechada, um microinterruptor indica para desligar a bomba. Isso é feito automaticamente.

Adorei isso.

Portanto, é uma válvula de aparência realmente simples, que é extremamente eficaz em proporcionar um aumento gradual do fluxo, uma diminuição gradual do fluxo, independentemente do projeto. Assim, em aplicações como bombeamento e edifícios de múltiplos andares, ou em minas que transferem grandes distâncias, ou em abastecimento de água, ou em irrigação, o controle de bomba é uma ferramenta realmente eficaz.

E, o efeito final, por ser uma válvula hidráulica de câmara dupla, ela também é uma válvula de retenção. E isso porque cada bomba geralmente terá uma válvula de retenção para garantir que, ao desligarmos a bomba, não haja fluxo reverso. Essa função também está incorporada na função de câmara dupla da nossa válvula. Portanto, é uma válvula de abertura lenta, fechamento lento e uma válvula de retenção, tudo em uma única função.

Uau. Vamos fazer uma breve pausa.

Você está ouvindo o Controlling Water, o podcast da Bermad. Sua principal fonte de informações sobre tudo relacionado a 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.

Colin, pelo que entendo brevemente sobre a maioria das estações de bombeamento, elas sempre possuem uma válvula de retenção na saída da bomba. Isso significa que é possível remover a válvula de retenção existente?

Sim. É uma pergunta importante, Sarah, porque não é recomendável ter válvulas de retenção em série. Como nossa válvula de controle de bomba já é uma válvula de retenção, basicamente você está colocando um produto secundário sem nenhum benefício real.

O problema pode ser que, se você tiver válvulas de retenção que fecham em velocidades diferentes, pode ocorrer um acúmulo de pressão entre as duas durante o fechamento, o que pode gerar oscilações e problemas de golpe de aríete, que não são desejáveis.

Portanto, para responder à sua pergunta, não gostamos de usar uma válvula de retenção secundária quando estamos utilizando a válvula de controle de bomba, pois ela já oferece essa função. Então, é bom eliminar isso. É uma preocupação a menos com perda de carga, manutenção, etc.

Parece bom. E a válvula pode desempenhar outras funções além de simplesmente ligar/desligar e funções de retenção?

Sim, então a válvula é uma válvula de controle acionada por diafragma. O funcionamento dela se dá aplicando água na câmara superior da válvula, o que faz com que ela feche, e retirando essa água para que ela abra; podemos incorporar muitas características adicionais em uma só.

E, como alguns exemplos, digamos que quando a bomba está ligada e funcionando, fornecendo água para uma rede de distribuição, ocorre um incêndio. Nessa situação, vários caminhões de bombeiros retiram água adicional da adutora. Agora, se você retirar água demais da adutora e a bomba chegar ao final de sua curva ou ao limite de sua capacidade, quanto mais água você bombear, mais energia o motor consome. Se você chegar a um nível crítico e continuar tentando aumentar a vazão, vai consumir cada vez mais energia. E, se passar do limite, o motor vai desarmar e desligar. Isso é catastrófico em caso de incêndio, pois de repente não há mais pressão de água.

Então, em muitos casos, podemos fornecer o que chamamos de função de controle de vazão. Se soubermos, por exemplo, que a vazão crítica dessa bomba é de 100 litros por segundo, permitiremos que ela opere até esse valor. Mas, se a demanda no campo começar a exigir mais do que a capacidade da bomba, vou garantir que a bomba não desligue, e essa é a função de controle de vazão.

Às vezes, dependendo do formato da curva da bomba, se for uma curva íngreme ou plana, também podemos usar uma função de sustentação de pressão, que tem um efeito semelhante ao controle de vazão e mantém a bomba na curva, porque o mais importante é garantir que a bomba opere de forma eficiente e não trabalhe em uma zona de cavitação. Se uma válvula cavitar, pode ocorrer falha prematura e muito desgaste interno na bomba e em outros componentes também.

Assim, ao adicionar essas funções extras, também podemos limitar isso. Pode até haver uma função em que você esteja fornecendo água para um reservatório de distribuição e, talvez, parte desse fornecimento seja desligado para abastecer outro reservatório menor. De repente, estou operando com metade da vazão e a pressão subiu demais – isso é um problema. Então, podemos incorporar uma função de redução de pressão. Podemos adicionar essas funções extras no momento da instalação ou posteriormente. Em resumo, é muito versátil. Basicamente, os principais pontos são: é uma válvula de retenção, previne golpe de aríete ao abrir e fechar lentamente, e pode realizar controle de vazão, sustentação ou redução, se necessário. Ou seja, é como um canivete suíço, com todas as pequenas ferramentas.

Parece que sim. Eu adoro isso.

Então, se alguém está considerando o uso de uma válvula de controle de bomba, isso gera alguma perda de carga adicional na estação de bombeamento? Hum, estou partindo do princípio de que a eficiência de bombeamento é fundamental em qualquer projeto.

Com certeza. Sim, completamente, Sarah. Então, sabemos que, ao projetar uma bomba e analisar uma rede, o objetivo é obter uma bomba realmente eficiente, que consuma pouca energia, para que tudo se mantenha bastante eficiente e sustentável. Se eu coloco algo no caminho do fluxo que gere uma alta perda de carga, de repente isso significa que vou precisar de uma bomba maior e de um motor maior, o que não é eficiente.

Por isso, sempre tendemos a projetar a válvula para se adequar à tubulação de descarga do corpo da bomba, mas garantindo que a perda de carga seja praticamente imperceptível. O design Bermad padrão Y é extremamente eficiente na produção de uma baixa perda de carga. Portanto, ele é absolutamente feito para uma aplicação de controle de bomba, garantindo que praticamente não haja, ou haja pouquíssima, se houver, perda de carga.

E assim, parece que a válvula de controle de bomba é um projeto flexível e eficiente que pode reduzir o efeito do golpe de aríete em cada partida da bomba. O que acontece se houver uma falha de energia na estação de bombeamento?

Certo. Certo. Então, o que explicamos é o que a válvula realmente pode fazer, ou o que o processo pode fazer, sob condições normais e controladas. Se faltar energia, tudo desliga, a válvula fecha e você não vai querer saber o que acontece depois disso. Agora estamos falando sobre golpe de aríete em condições não controladas. Talvez esse seja um tema para o próximo podcast. O que você acha, Sarah?

Parece que pode ser o Colin.

Bem, isso encerra o episódio desta semana sobre prevenção de golpe de aríete em estações de bombeamento, verificação de válvulas e os projetos implementados para minimizar o golpe de aríete.

Obrigado por acompanhar e esperamos você no próximo episódio. Para saber mais sobre o setor de água, incluindo produtos, dicas, instalações, operação e técnicas de manutenção, acesse https://www.bermad.com.au e assine nossa newsletter do setor. Você se juntará a mais de 3.000 profissionais do setor e aprenderá com a experiente equipe de especialistas da Bermad.

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