Prevenção de golpe de aríete em estações de bombeamento em condições de falta de energia.

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

Com mais de 30 anos de experiência no setor, Colin está conosco hoje para falar sobre a prevenção de golpe de aríete em estações de bombeamento em condições de falha de energia. Anteriormente, já discutimos os métodos de controle do golpe de aríete durante partidas e paradas regulares de bombas, e algumas das soluções eficientes disponíveis.

No episódio de hoje, vamos aprofundar o que acontece em caso de falha de energia em uma estação de bombeamento e quais são as consequências. Colin, você é um especialista nessa área. Poderia explicar como é uma falha de energia e quais podem ser as consequências?

Então, nos episódios anteriores, Sarah, discutimos a minimização do golpe de aríete nas estações de bombeamento utilizando válvulas motorizadas para abrir e fechar lentamente, evitando esse problema.

A grande questão em caso de falta de energia em uma estação de bombeamento é que, se pensarmos nas estações típicas, elas são usadas para abastecimento de água, irrigação, mineração em edifícios, todas desempenham um papel crítico. E toda a engenharia por trás da estação de bombeamento, da tubulação e de todo o restante, precisa ser segura e adequada para a finalidade em todas as condições operacionais. Isso inclui partidas normais da bomba, desligamentos normais, mas também em caso de falha de energia ou desligamento instantâneo. O efeito líquido é que, se não houver controle quando a bomba simplesmente para, aquela água que estava sendo bombeada para cima do morro ou do edifício possui muita energia. E, ao pararmos instantaneamente, essa energia vai retornar rapidamente em direção à estação de bombeamento e gerar muito golpe de aríete.

Quero compartilhar uma história real de muitos anos atrás, quando fui chamado para ir a uma estação de bombeamento em New South Wales e eles tinham um sério problema de golpe de aríete nessa estação. Os operadores me levaram até o prédio da estação de bombeamento e estavam me explicando onde estava o problema e me perguntaram, disseram: Colin, antes de demonstrarmos o golpe de aríete, podemos apenas nos afastar para o lado?

E eu disse, tudo bem. Então eles desligaram a bomba e houve um golpe de aríete considerável. A água desceu e fez muito barulho. Perguntei a eles por que me pediram para me afastar. E eles disseram: bem, no passado, o golpe de aríete foi tão severo que, quando a válvula de retenção fechou, um dos braços da válvula se soltou e atravessou o fundo do prédio, exatamente onde você estava parado.

Então, essa foi uma situação real. Portanto, não se trata apenas de proteger o patrimônio, a estação de bombeamento e todo o resto, mas foi um evento raro que poderia ter tido consequências terríveis. Fiquei muito aliviado por ele ter me pedido para ir para o lado.

Sim, com certeza.

Então, falando sério, pode ser bastante assustador se você estiver em uma estação de bombeamento muito grande e isso acontecer, porque há muito barulho envolvido. A tubulação e as estações de bombeamento ficam sujeitas a muita pressão excessiva, sabe, a ponto de deslocar as bombas de suas bases, além de sobrecarregar a tubulação e todos os componentes. Portanto, ao projetar algo assim, é preciso levar em consideração o que acontece em uma queda de energia.

Se isso significa que a pressão vai dobrar ou triplicar, então preciso dimensionar todos os componentes e a tubulação para um grau de segurança muito maior. E isso geralmente não é muito prático. Por isso, muitos projetistas e engenheiros analisam e dizem: bem, ok, o que fazemos em caso de falta de energia? E quais são as medidas que precisamos tomar para garantir que tudo fique seguro?

E então, quais são os efeitos finais caso haja falha de energia? Imagino que essa seja uma grande preocupação para a maioria das estações de bombeamento.

Sim, é isso mesmo. Então, o ponto principal aqui é que, em uma queda repentina de energia, vamos observar surtos substanciais, golpe de aríete e ruído. E cada bomba terá o que chamamos de sua própria inércia, o que significa que, quando a bomba para devido a uma falta de energia, ela não vai parar instantaneamente. Ela pode continuar girando por um curto período. Assim, temos uma redução gradual, dependendo do projeto da bomba.

Mas, em resumo, vamos experimentar golpe de aríete aqui e precisamos garantir que o projeto seja adequado para a finalidade. Normalmente, o estresse que isso vai causar em todo o sistema estará em seu nível mais alto. Portanto, a engenharia precisa ser feita de forma muito precisa e correta, para que possamos realmente planejar o que precisamos fazer a seguir.

Claro. Colin, o que você diria que são alguns dos pontos que um projetista deve considerar para ajudar a mitigar as consequências que ocorrem em um evento tão raro?

É uma ótima pergunta, Sarah, porque tudo se resume ao planejamento. Na Bermad, temos um software específico no qual podemos inserir muitas das características do projeto da tubulação e das estações de bombeamento. Podemos, de fato, planejar isso modelando como serão os efeitos. Assim, conseguimos ver que, se pararmos a bomba em cinco segundos, esperamos determinado resultado. Se pararmos em 4, 3, 2 segundos, veremos quais serão os resultados.

Portanto, o melhor conselho que posso dar a todos é obter bons relatórios e análises sobre o que você sabe que vai acontecer. Atualmente, a maioria dos softwares realmente possui muitos anos de experiência. Temos um software limitado que nos fornece um panorama muito, muito bom. E devo enfatizar que o que fornecemos na BERMAD AU não é uma análise completa de surto, mas sim um panorama muito bom e razoavelmente preciso do que acreditamos que vamos observar. Então, o melhor conselho é obter boas informações antes que isso aconteça, para que possamos planejar os produtos corretos.

Então, parece que isso é algo que a Bermad fornece para usuários potenciais. É muito complicado?

Não é muito complicado. Basicamente, há uma série de cerca de 8 a 10 perguntas que faremos às pessoas que desejam utilizá-lo. São questões relacionadas principalmente à velocidade da bomba, à velocidade do motor, ao material da tubulação, ao seu comprimento e à sua pressão nominal. Existem vários pontos que perguntaremos, mas, uma vez que reunimos essas informações, podemos então analisar como será o surto potencial.

E realmente há uma infinidade de opções diferentes que podemos usar para tentar mitigar isso. Portanto, trata-se de obter as informações corretas. Sabemos quais são as perguntas certas a fazer, que é o mais importante.

Vamos fazer uma breve pausa. Se você tiver alguma dúvida que gostaria que fosse respondida durante este podcast, fique à vontade para entrar em contato conosco pelo nosso site https://www.bermad.com.au ou envie um e-mail para info.au@bermad.com e o Colin certamente irá respondê-las. Agora, de volta ao programa.

E então, digamos que você recebeu este relatório de surto. Quais são as soluções que você pode oferecer para reduzir os efeitos do golpe de aríete?

O que fazemos basicamente é analisar os resultados para começar. Existem soluções que podem variar de muito baratas até infraestruturas extremamente caras para lidar com isso. Então, há cerca de três a quatro soluções principais que podemos oferecer. A primeira delas é que, ao analisarmos esse relatório de surto, o que procuramos entender é com que rapidez o surto de retorno vai voltar para a estação de bombeamento e em qual intervalo de tempo isso vai ocorrer.

Também observamos com muita clareza qual será a pressão na estação de bombeamento. Em muitos casos, se temos uma estação de bombeamento que não está gerando muita pressão e está em um terreno relativamente plano, podemos observar a separação de coluna, que ocorre quando a bomba para e vemos a pressão na adutora cair para a pressão atmosférica.

Se tivéssemos uma válvula de alívio de ar nesse ponto, é aí que a válvula de ar vai permitir que grandes volumes de ar sejam aspirados para dentro da tubulação. E então, à medida que a coluna retorna para a estação de bombeamento, esse ar será liberado. Se houver separação de coluna e isso for identificado no relatório, a maneira mais simples, fácil e eficaz de resolver é com o que chamamos de válvula de alívio de ar anti-golpe. Já falamos sobre elas em episódios anteriores sendo usadas na tubulação, mas elas também podem ser usadas na estação de bombeamento. E o que a válvula de ar anti-golpe faz, de forma simples e fácil, sem uso de energia ou força, é que, quando a bomba para e a pressão cai para zero, grandes volumes de ar são aspirados para dentro da tubulação. Assim, agora temos uma grande bolha de ar dentro do tubo. E à medida que essa coluna retorna em direção à estação de bombeamento, essa bolha de ar quer ser liberada rapidamente.

Uma válvula de ar anti-golpe libera esse ar em uma taxa muito lenta e controlada, então estamos realmente utilizando o ar que foi aspirado para dentro do tubo para sair dele de forma muito lenta. Portanto, elas basicamente liberam o ar em uma taxa muito lenta e controlada. É extremamente eficaz e já foi comprovado em uma infinidade de aplicações ao longo de muitos anos. E, o mais importante, pode ser modelado em softwares e outras ferramentas para garantir que será adequado para o propósito e seguro.

Portanto, as válvulas de ar anti-golpe são uma opção muito boa apenas se houver separação de coluna.

Certo, então se não houver separação de coluna, mas a pressão permanecer positiva, existe uma solução alternativa?

Sim, portanto, válvulas de ar anti-golpe em um local como esse não terão efeito algum. O que vamos experimentar nessas condições, então, é que quando a bomba parar, exatamente como você disse, a pressão vai cair, mas ainda permanecerá em modo positivo. O que vamos ver é que, quando essa coluna de água retornar em direção à estação de bombeamento, comprimindo toda essa energia, veremos um pico rápido ali.

Do nosso ponto de vista, existem três soluções principais que podemos oferecer. Uma delas é chamada de válvula de alívio de pressão de ação rápida. Por exemplo, se tivermos uma tubulação muito curta, com apenas 800 metros de comprimento, e estivermos experimentando essa onda de retorno chegando em 0,8 segundo; então temos válvulas de alívio de ação muito rápida que dissipam instantaneamente essa energia assim que ela ultrapassa a condição normal.

Para nós, essa é a válvula de alívio de ação direta VRCA, que é simples, muito eficaz e funciona muito bem nesse tipo de condição. Se for uma tubulação mais longa e estivermos experimentando talvez uma onda de retorno que volte em 3, 4, 5 segundos, podemos usar uma válvula chamada válvula de controle antecipadora de ondas. Essa é uma tecnologia que temos na Bermad há muitos anos. É realmente comprovada e muito eficaz, e basicamente o que ela faz é antecipar essa onda de retorno, sendo uma válvula antecipadora de ondas. Ela se abre quando detecta uma onda de baixa pressão e, à medida que a onda de retorno volta, essa energia é dissipada pela válvula de alívio, que então fecha lentamente.

Chama-se válvula antecipadora de ondas, então há várias formas de configurá-la, mas é muito segura. Basicamente, é como um fusível hidráulico na tubulação, que garante que vamos antecipar a onda de retorno, liberá-la e fechar lentamente em uma taxa muito controlada para garantir que não gere uma onda secundária. E é um recurso muito comprovado de como superar esse problema.

A terceira forma pode ser simplesmente que estamos experimentando um leve aumento de pressão, e ela vai retornar muito lentamente porque a tubulação pode ser de PVC ou polietileno, então a onda pode voltar para a estação de bombeamento em 60-70 segundos. E então temos a possibilidade de instalar uma válvula de alívio de pressão padrão, que para nós vai abrir o quanto for necessário para dissipar essa energia e fechar muito lentamente e suavemente, apenas para amortecer esse surto.

Portanto, para nós, existem 3-4 soluções principais que são razoavelmente acessíveis. Sabemos que funcionam de fato e que podem ser modeladas e inseridas em softwares para antecipar os efeitos de como vão atuar. E, claro, tudo depende da experiência e do conhecimento de como projetá-las e instalá-las também.

Essas são algumas soluções muito comprovadas para golpe de aríete que certamente já utilizamos.

Com certeza. Então, se entendi corretamente, essa válvula hidráulica da qual você estava falando não está conectada à eletricidade, nem possui alimentação de bateria de reserva. Está correto?

Com certeza. Uma das coisas principais e realmente importantes aqui, Sarah, é que estamos assumindo que houve uma descarga de raio, uma queda de energia e não há eletricidade. Queremos uma solução hidráulica que funcione especificamente nessas condições.

Agora, em algumas tubulações muito complexas, às vezes realmente instalamos um backup de bateria e também colocamos um solenoide na válvula. Fazemos isso se soubermos que vamos ter ondas secundárias retornando, porque, em tubulações muito complexas, essa busca não é uma resposta simples ou imediata, pode ser bastante complicada. Mas, em geral, não exigimos nenhum backup de energia. Portanto, normalmente é uma solução puramente hidráulica do nosso ponto de vista.

Fantástico. Colin, parece que a válvula antecipadora de surto é um projeto flexível e eficiente que pode reduzir o efeito do golpe de aríete em todas as condições da estação de bombeamento. Essa tecnologia é comprovada e confiável para que engenheiros e projetistas a considerem?

Com certeza, Sarah. Essa tecnologia existe há muito tempo. Por muitos, muitos anos, trabalhei com válvulas antecipadoras de surto e válvulas de alívio de pressão. E o mais importante nisso é que não se trata apenas de abrir um catálogo e sugerir um produto qualquer. É preciso entender o que o relatório de surto realmente significa. E se você realmente entende a extensão e o cronograma de quando esses surtos vão retornar para a estação de bombeamento, e fez as perguntas certas desde o início, e tem todas essas ferramentas, você pode realmente projetar como a válvula será instalada e como ela irá dissipar a água, porque em muitos casos, conseguimos eliminar essa água. Mas se não a eliminarmos rápido o suficiente, então não reage rápido o bastante e temos um pico.

Eu ainda me lembro de uma situação em que tínhamos uma válvula antecipadora de surto e a água estava saindo pela nossa válvula através de um grande tubo de descarga, cerca de 50 metros abaixo, até o rio. E quando a válvula realmente estava fechando, quando o surto havia se dissipado, criamos tanto vácuo na tubulação a jusante que ela colapsou. Isso pode ser facilmente evitado instalando um quebra-vácuo e fazendo vários projetos diferentes para garantir a segurança. O ponto que quero destacar é que a experiência faz toda a diferença.

Temos muita experiência fazendo isso e fazendo bem feito. A diferença com a Bermad é que, além de projetar e fabricar o produto certo para a finalidade, vamos ajudar o projetista a garantir que ele seja instalado corretamente, colocando as válvulas de isolamento associadas corretas, tubulações, blocos de ancoragem e tudo mais para garantir que, quando isso funcionar, funcione de forma confiável. Porque, no fim das contas, se você errar, vai acabar quebrando alguma coisa.

Aprendemos com nossos erros, e não estou dizendo que nunca erramos antes, mas certamente tentamos nunca cometê-los uma segunda vez.

Boa observação. É uma boa observação. Bem, certamente parece que você e a equipe da Bernard têm uma vasta experiência quando se trata de mitigar o golpe de aríete em estações de bombeamento, Colin, especialmente em situações de falha de energia. Foi extremamente esclarecedor. Muito obrigado por conversar comigo. Aguardo ansiosamente o próximo encontro.

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