Golpe de aríete em tubulações de transferência de água.

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 especializados em tudo relacionado a válvulas, medidores e melhores práticas no segmento de água. Estamos aqui com Colin Kirkland, da BERMAD Australia, que é um dos engenheiros da BERMAD AU. Colin 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 isso hoje. Golpe de aríete é um tema e uma área sobre a qual ouvimos muito, e também é algo que pode trazer enormes consequências e ramificações se não for bem gerenciado, prevenido ou interrompido. Antes de entrarmos em alguns detalhes sobre o golpe de aríete, você pode nos explicar o que realmente é o golpe de aríete?

Bem, o Golpe de Aríete é um fenômeno que ocorre quando há um aumento muito rápido e repentino da pressão, muito acima do que normalmente se esperaria em uma tubulação, geralmente causado por uma mudança rápida de vazão na tubulação.

Uma maneira bem simples de explicar isso é usando a situação doméstica. Em casa, eu sei o que acontece. Quando ligamos a máquina de lavar roupas e a válvula solenoide abre, a água começa a entrar na lavadora. Quando a água atinge o nível desejado, a solenoide desliga e você ouve um estrondo. Isso acontece porque houve uma mudança rápida de vazão, já que a válvula fecha instantaneamente, a pressão se acumula e faz os canos tremerem.

Esse é um exemplo doméstico simples de golpe de aríete, que pode ser alterado. Mas a mesma coisa acontece em tubulações muito grandes, como em minas ou sistemas de abastecimento de água, podendo ter consequências bastante sérias, pois são toneladas e toneladas de água em movimento.

Sem dúvida. Uau.

E então, quando ocorre essa condição de golpe de aríete em uma tubulação, quais são algumas dessas consequências? E isso também é perigoso?

Certamente pode ser perigoso. Sim. Dependendo do material da tubulação que você tem, essas ondas de pressão podem percorrer a tubulação em velocidades muito altas. Então, em tubulação metálica, por exemplo, onde é muito, muito rígida, pode chegar a mil metros por segundo. Assim, você pode ter um pico em uma estação de bombeamento e, um segundo depois, o quilômetro adiante, essa onda de pressão é transmitida por ali. Ela ressoa por toda a rede. O importante é que, quando você vê esses picos de pressão, a rede precisa ser capaz de suportar isso agora, como qualquer outra coisa, se você constantemente submete um sistema à fadiga pressurizando-o a um nível perigoso, ele pode falhar.

Já estive em estações de bombeamento onde fiquei sentado na estação e desligaram as bombas. E é bastante assustador quando você ouve a válvula de retenção fechar e ouve aquele estrondo enorme, tudo treme e é algo realmente perigoso. Então, já tivemos casos em que, se os produtos falham por fadiga e pressões excessivas, isso pode ser perigoso para os operadores também. Portanto, sim, pode ser realmente assustador.

Com certeza. Nossa, realmente. Então, quais são os locais mais comuns onde ocorre o golpe de aríete em uma tubulação de abastecimento de água? Podemos falar sobre isso?

Normalmente, isso acontece em cerca de três locais diferentes, Sarah, então, em qualquer lugar onde o fluxo de água muda rapidamente, é onde isso vai ocorrer.

Então, se pensarmos em uma estação de bombeamento enviando água para um reservatório, quando a bomba para, é quando o fluxo muda instantaneamente. Agora, se a bomba desacelera e reduz a velocidade bem devagar, você não tem o golpe de aríete, mas se ela simplesmente para de repente, é aí que vemos isso. Ou você pode ver, por exemplo, se estiver bombeando para um reservatório, podemos ter uma válvula no reservatório que, ao fechar, se fechar rápido demais, vai gerar esse golpe de aríete, assim como o efeito da máquina de lavar.

Ou pode ser que tenhamos até mesmo uma situação em que a tubulação está parcialmente vazia e você liga a bomba e essas colunas de água se encontram. E quando as duas se encontram, geram uma mudança rápida no fluxo, e isso pode causar o golpe ali. Já estive em tubulações onde ouvi operadores fugindo do local porque fecharam a válvula rápido demais e ouviram as válvulas de ar gritando. E essa não é uma situação ideal. Essas situações acontecem e as pessoas nem sempre sabem por que ocorrem, mas podem acontecer em vários pontos ao longo da tubulação.

Deve ser muito assustador ouvir isso no local e depois ter que correr.

Bem, pode ser, e esse foi um caso real que tivemos em uma tubulação, onde uma válvula borboleta de um metro de diâmetro fechou rápido demais, e a válvula de alívio de ar ao lado entrou em um vácuo enorme. Os operadores podiam ouvir uma quantidade enorme de ar sendo sugada e correram do local porque acharam que algo iria explodir. E não foi bom.

De modo algum.

Então, tendo compreendido as áreas que geram esses problemas de golpe de aríete, como a Bermad atua para corrigir as soluções?

Existem duas maneiras de olharmos para isso, Sarah. Você pode analisar o que está gerando o problema e tentar corrigir isso. Então, como exemplo, se a estação de bombeamento fosse a situação que estivesse gerando o problema, porque quando desligavam a bomba, ela desligava em dois segundos e costumavam ver um grande golpe de aríete acontecer na estação de bombeamento.

O que poderíamos fazer? Poderíamos prolongar o tempo de funcionamento da bomba para que ela opere e desligue em 30 ou 40 segundos e assim reduzir esse efeito. Ou poderíamos simplesmente colocar um paliativo e instalar uma válvula de alívio de pressão, de modo que, se a pressão aumentar quando desligarmos rápido demais, eu possa aliviar.

Então, é uma questão de duas opções: vamos analisar qual é o problema e tentar corrigir isso. Ou vamos colocar um paliativo para reagir a ele.

Certo.

A lógica entre optar por uma ou outra solução é a sua natureza prática. Pode ser muito caro implementar uma solução para evitar que a bomba pare muito lentamente. Talvez seja necessário instalar uma válvula de controle de bomba que pode custar US$ 20.000, ou podem dizer: veja, Colin, só temos mais cinco anos nesta mina. Vamos apenas instalar uma válvula de alívio que possa eliminar esse pico. Mantenha tudo como está. Isso pode custar US$ 3.000. Portanto, estamos considerando tanto o aspecto prático quanto o custo do que estamos analisando, mas avaliamos as duas opções: tentar evitar que o problema aconteça ou reagir a ele.

Com certeza. E acho que sempre vai depender da situação em questão.

Totalmente, e o aplicativo também, Sarah.

Pode ser que você esteja fazendo isso em uma propriedade de irrigação onde o produtor está gastando o próprio dinheiro e, você sabe, a fazenda pode querer uma solução barata, que não seja muito cara, mas que resolva, ou pode ser em uma mina onde você está dois quilômetros abaixo da terra. E quando desligam aquela bomba, é realmente perigoso. Os operadores lá embaixo querem a melhor solução possível para resolver o problema. Pode ser também que o abastecimento de água, onde temos 40% da água de uma grande cidade, não pode falhar. Então, vamos colocar o sistema mais robusto possível para manter isso funcionando. Ou seja, cada caso é um caso.

Com certeza. Com certeza.

Vamos fazer uma breve pausa antes de voltarmos para conversar sobre como minimizar o golpe de aríete em instalações complexas com topografia variada,

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 tópicos 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.

Então, entendendo essas duas abordagens gerais para resolver o problema, por onde começar para ver qual pode ser a melhor solução.

Sim. Do nosso ponto de vista, não somos uma consultoria. Somos uma empresa de engenharia que produz soluções que podemos implementar em tubulações. Uma empresa, é claro, pode recorrer a um consultor independente. E hoje, Sarah, existem muitos softwares de modelagem de dimensionamento disponíveis, como Bentley, Hammer, K Y Pipe, High Trend, entre outros. Mas o que esses softwares de modelagem permitem é inserir com precisão os dados da bomba, da tubulação e da rede, e realmente visualizar o que acontece se eu desligar a bomba em 10 segundos ou em dois segundos. Ou, se houver uma queda de energia e a bomba parar instantaneamente, é isso que vai acontecer. Assim, eles podem identificar e ver como isso vai afetar o sistema e fazer sugestões. Eles podem querer instalar um tanque de surto. Podem querer instalar uma válvula de alívio de pressão ou uma válvula de alívio anti-golpe, ou podem querer instalar uma válvula de controle de bomba — existem muitas, muitas formas diferentes de analisar a situação.

Então, do nosso ponto de vista, temos quase 30 anos de experiência na Austrália fazendo isso. Embora não façamos a modelagem, trabalhamos com os modeladores para mostrar como as válvulas vão responder e atuar. Mas também temos muita experiência prática. Comissionamos muitas das nossas válvulas, as projetamos e garantimos que funcionem, e as vemos em operação. Portanto, modelagem e experiência prática são duas coisas completamente distintas. E, às vezes, você vê um relatório de um modelador que simplesmente não parece correto. Geralmente, isso acontece por causa de dados de entrada incorretos, e temos essa experiência para poder compartilhar e, assim, proporcionar a melhor solução possível.

Portanto, do nosso ponto de vista, analisamos a partir da experiência. Sabemos, normalmente, o que funciona e, se você quiser comprovar, existe esse software. Você também pode recorrer a empresas em conjunto.

É um ponto realmente interessante que você levanta sobre a capacidade de identificar um possível erro no software de modelagem graças aos anos de experiência. Também parece haver um grande valor em conseguir superar pontos cegos, seja por meio do software e da possibilidade de simular situações, ou por saber, de fato, que aquilo não parece correto e entender o motivo.

E você está absolutamente certa nisso, Sarah, porque o que muitos desses programas assumem é que a tubulação está completamente cheia de água, já que a água é incompressível. Mas se houver bolsões ao longo da tubulação contendo ar, que é compressível, isso pode acentuar áreas em diferentes locais.

Então, são feitas muitas suposições. E veja, o software não é perfeito, mas evoluiu muito e o que vemos vindo dele e dos relatórios é fantástico, sabe, quando é bem feito. Mas não se trata apenas de ter o software, e sim de contar com o engenheiro que realmente entende o software e sabe como inserir os dados corretos. E isso exige muita experiência. Por isso, essa tarefa é deixada para especialistas, não para mim, mas muitas vezes o lado prático e operacional também contribui para isso e para chegar a uma boa solução. Porque a solução pode não ser prática.

Muito verdade. É realmente interessante você mencionar válvulas de alívio de ar. Já falamos sobre isso muitas vezes e certamente discutimos os benefícios de engenharia e algumas das questões de golpe de aríete ao usar válvulas de alívio de ar. As válvulas de ar na tubulação evitam o golpe de aríete na rede?

Sim e não. Quando você está usando esse software de modelagem, válvulas de alívio de ar típicas, e estamos falando de uma válvula de ar combinada, isso significa que, se tivermos uma válvula de 80 milímetros, ela possui um orifício de 80 milímetros para entrada de ar e um orifício de 80 milímetros para descarga. Algumas válvulas de ar, se houver separação de coluna — que é quando a pressão vai para negativa ou estamos admitindo grandes volumes de ar e, em seguida, as colunas se juntam novamente — podem gerar golpe de aríete localizado em pontos estratégicos. Portanto, elas são muito boas para proteger a tubulação contra vácuo. Muito boas para evacuar o ar, mas com o produto errado e a aplicação errada, pode piorar a situação. E é aí que existem produtos no mercado hoje, que são válvulas de prevenção de enchimento rápido (RFP), válvulas de alívio de ar anti-golpe ou válvulas de ar para prevenção de surtos; basicamente, o que essas válvulas fazem é permitir a entrada de grandes volumes de ar na tubulação, mas liberar o ar para fora em uma taxa mais lenta e controlada.

Certo.

E existem várias maneiras de realmente alcançar essa função, mas elas são muito seguras e podem ser modeladas de forma muito simples e fácil neste software também.

Que interessante. E então, Colin, por onde as pessoas devem começar quando estão considerando como resolver um problema de golpe de aríete?

Bem, depende da aplicação e da sua complexidade. O que sempre tentamos fazer, se eles vêm até nós na BERMAD Australia, é que não fornecemos esse software de modelagem, mas oferecemos 30 anos de experiência e de acertos. Podemos certamente dar conselhos sobre o que está gerando o problema. E costumamos dizer, quando vamos aos locais às vezes, ou discutimos por telefone, por reunião no Zoom ou outro meio. E conseguimos chegar ao que acreditamos ser uma solução. Podemos orientá-los sobre como instalar, como o sistema vai se comportar e também aconselhar que, se realmente quiserem modelar e recorrer a uma empresa independente, podemos mostrar como funciona e eles podem comprovar. Então, muitas vezes, antes de comprar algo, você quer saber: isso realmente vai funcionar?

Bem, fornecemos muitas referências de trabalhos que realizamos e compartilhamos muitos casos que funcionaram bem e outros que não funcionaram tão bem, e temos essa experiência. O mais importante, Sarah, é que você aprende muito com os erros e, às vezes, faz suposições que estão incorretas. Isso acontece porque não vemos o que está realmente subterrâneo. Não sabemos se o material do tubo era aço ou PVC. E isso influencia em como a válvula reage, na velocidade, etc. Portanto, é uma questão bastante complexa, mas por onde começar?

Somos um excelente ponto de partida para iniciar essa conversa, com certeza.

Fantástico. Que bom ouvir isso.

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

Ótimo. Obrigado.

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