Redução de Pressão & Cavitação – Suas Perguntas Respondidas

A otimização dos valores de pressão e vazão é parte integrante do projeto de sistemas de irrigação. Com flutuações constantes e muitas vezes acentuadas na demanda de vazão e na pressão de fornecimento, as válvulas e outros componentes precisam garantir o controle dinâmico de pressão e vazão em todo o sistema.

<>

No webinar da BERMAD, “Redução de Pressão e Prevenção de Cavitação em Sistemas de Irrigação”, nosso Gerente Global da Unidade de Irrigação, Yiftah Enav, apresentou os princípios, métodos, sistemas e soluções da BERMAD para redução de pressão e prevenção de cavitação. Yiftah compartilhou insights úteis sobre a seleção das válvulas redutoras de pressão (PRVs) mais eficazes para desempenho a longo prazo e economia de custos. 

Durante o webinar, foram abordadas questões relacionadas à teoria da cavitação, erosão, velocidade, ΔP e à prática de triagem, combinação e alocação eficaz de válvulas redutoras de pressão de controle:

P: Qual é a diferença entre válvulas redutoras de pressão e válvulas redutoras de pressão proporcionais?

A: As Válvulas Redutoras de Pressão (PRVs) são ajustáveis e configuradas para reduzir continuamente uma pressão mais alta a montante para uma pressão constante mais baixa a jusante, independentemente das variações na pressão a montante e/ou na demanda de vazão.

Válvulas Redutoras de Pressão Proporcionais (PPRVs) não incluem piloto e, portanto, não são ajustáveis. Com base na razão entre as áreas efetivas do seu diafragma e fechamento, as PPRVs reduzem continuamente uma pressão mais alta a montante para uma pressão mais baixa a jusante em uma razão constante.

Somente válvulas de dupla câmara podem servir como Válvulas Redutoras de Pressão de Piloto (PPRVs).

P: Para todos os tamanhos, o fator de redução PD é 2,5?

A: O fator de redução PD é 2,5 na maioria das séries e tamanhos; no entanto, o fator de redução pode variar e pode ser encontrado em nosso site, listas de preços e páginas de produtos relevantes. Consulte a tabela de razão de redução correspondente para cada tamanho de válvula e cada série de válvula (100, 700).

P: Podemos usar válvulas redutoras de pressão para reduzir a pressão estática? Uma VRP funciona em condições de ausência de fluxo?

A: Sim. Quando a demanda de vazão cai para zero, momentaneamente o fluxo que chega à linha através da Válvula Redutora de Pressão (PRV) é maior do que o fluxo de saída da linha (que é zero). Como resultado, a pressão se acumula e aumenta levemente na linha a jusante da PRV. O piloto da PRV detecta a pressão acima do ajuste e fecha a PRV, “tentando” reduzir a pressão de volta ao ajuste. Como o fluxo é zero (ponto morto), mesmo quando a válvula está totalmente fechada e estanque, a pressão permanecerá levemente acima do ajuste (assumindo que não haja vazamentos), garantindo que a PRV permaneça fechada.

P: Alega-se que nem sempre é possível para a Válvula Redutora de Pressão (PRV) manter a pressão P2 quando o fluxo é interrompido repentinamente, em comparação com uma PRV de ação direta. Para esse fim, é necessária uma Válvula de Alívio de Pressão a jusante da PRV. Qual é a sua resposta a essa afirmação?

A: As Válvulas Redutoras de Pressão de atuação direta podem ser mais rápidas do que as hidráulicas, mas são claramente inferiores em termos de perda de carga, recursos adicionais (até mesmo fechamento/abertura), sensibilidade, precisão, manutenção e ainda exigem uma válvula de alívio de pressão para proteger o sistema caso as DPRVs travem ou não vedem corretamente.

Para agilizar o tempo de resposta, pode-se adicionar um piloto de pressão a jusante tipo gourd ou, preferencialmente, utilizar uma PRV de câmara dupla.

P: Ajustamos a Válvula Redutora de Pressão (PRV) em P1 para manter o P2 requerido. Nessa condição, P1 está conforme o projeto (teoricamente), mas na prática P1 varia devido à operação parcial da área, variação da demanda, operação da bomba ou vazamento. Qual é a pressão P2 nessa condição? Ela muda (aumenta)? Precisamos ir ao local novamente para ajustar a pressão ou ela mantém automaticamente a pressão P2? Além disso, o que acontece com o fluxo durante a variação, à medida que P1 muda?

A: Válvulas redutoras de pressão são controladas continuamente por um piloto redutor de pressão que apenas detecta P2. Mudanças na demanda e/ou P1 que afetam P2 são imediatamente percebidas pelo piloto, que faz com que seus dispositivos internos mudem de posição e instantaneamente estrangulem a válvula para fechar (@ aumento de P2) ou abrir (@ queda de P2) até atingir o ajuste do piloto.

O fluxo é determinado pelos emissores e saídas do sistema, não pela Válvula Redutora de Pressão (PRV). Na verdade, a PRV ajusta automaticamente sua taxa de abertura conforme a demanda real (& P1), garantindo que não fique “aberta demais” ou “fechada demais” para sempre manter o P2 ajustado.

P: Quais são as diferenças práticas entre PRVs com controles de 2 vias e de 3 vias?Como um circuito de 3 vias é ventilado para a atmosfera, isso impacta a estabilidade de regulagem de uma válvula acionada por diafragma?

A: Um circuito de três vias é caracterizado pelo piloto “selecionando” a rota da água: P1 para controle (fechamento) ou controle para o respiro (abertura). Isso leva ao uso de um volume muito pequeno de água de controle e resulta em dois comportamentos distintos:

• Histerese (já que uma certa variação precisa “se acumular” antes que ocorram passagens no “interruptor” do piloto), que é considerada menos sensível, mas em pilotos de alta qualidade é suficientemente pequena. A histerese em si às vezes é essencial para eliminar oscilações de pressão na linha, “quebrando” a cadeia de reações no sistema.
• Totalmente aberta na queda de pressão (quando o piloto está ventilando, “cancelando” todas as forças de fechamento), o que permite economia de energia. A ventilação para a atmosfera às vezes leva a uma abertura excessivamente rápida, resultando em instabilidade. Isso pode ser facilmente resolvido aplicando um gotejador ou outra restrição na extremidade do tubo de ventilação.

 

<>

P: Qual é a perda de pressão +/- em um circuito de controle 2 vias?

A: Um circuito de 2 vias é caracterizado por fluxo contínuo de P1 através de uma restrição para a câmara de controle, enquanto o piloto “conecta” a câmara de controle ao downstream da válvula, liberando a pressão da câmara enquanto a válvula estiver aberta. Isso leva a um volume relativamente alto de água de controle (0,2-0,5m³/h; 0,9-2,2gpm) e resulta em sensibilidade à água suja com os comportamentos hidráulicos abaixo:

• Histerese praticamente nula, pois o deslocamento necessário do piloto para aumentar (abrir) ou diminuir (fechar) o fluxo de alívio é insignificante e, portanto, imediato. Embora isso seja uma vantagem, às vezes é sensível demais e pode causar oscilações.
• Perda de carga adicional (3-5m; 4,4-7psi) criada devido à força da mola + P2 na câmara de controle. Essa perda de carga adicional desaparece quando a velocidade do fluxo na válvula excede ~2m/s; 6,6p/s e a força de abertura da válvula (devido ao ΔP) excede a força da mola da válvula principal.

P: Quais são os critérios de dimensionamento para restrição de entrada do circuito em controle 2 vias?

A: A restrição de controle de duas vias deve ser menor do que o caminho da água do piloto para permitir uma regulação estável e precisa, juntamente com a menor perda de carga adicional possível e tempo de reação suficiente. Podemos dizer que o critério é o tamanho do caminho da água no piloto, que está vinculado ao tamanho da válvula.

P: Para que tipo de aplicações as válvulas proporcionais redutoras de pressão podem ser utilizadas?

A: Linhas de gravidade descendente e/ou quando o ΔP exigido é alto e requer redução de pressão em dois estágios para proteger as válvulas contra erosão e cavitação e fornecer proteção de backup ao sistema.

P: Ao abastecer ladeira abaixo a partir de um reservatório de equilíbrio para vários pequenos tanques de irrigação (ou seja, descarga direta para a atmosfera, conforme explicado no caso dos tanques de quebra de pressão), quais tipos de Válvulas Redutoras de Pressão (PRVs) podem ser utilizados? Você pode, por favor, esclarecer esse ponto?

A: A solução recomendada para substituir os tanques redutores de pressão (PBTs) é aplicar Válvulas Redutoras de Pressão (PPRVs), que oferecem os seguintes benefícios:

• Sem válvulas de controle de nível
• Infraestrutura com custo eficiente
• Sem pressão “0” a jusante
• Resposta imediata – câmara dupla
• Isento de manutenção – sem pilotos, restrições ou filtros
• Sem contaminação

No entanto, como a razão de redução da Válvula Redutora de Pressão (PPRV) é constante, quando a pressão a montante cai devido à perda de carga por atrito na linha, a pressão a jusante também diminui. Como a vazão de demanda de irrigação varia, precisamos posicionar as Válvulas Redutoras de Pressão (PPRVs) com base nas diferenças de elevação (pressão máxima a montante) e na altura real em vazão/fricção máxima (pressão mínima a montante). Como cada PPRV determina a pressão para a próxima PPRV, o cálculo do projeto se torna um pouco desafiador. A BERMAD desenvolveu um arquivo Excel para considerar todos os parâmetros como uma ferramenta de apoio ao projeto.

P: Quais restrições devem ser usadas para as PPRVs?
R: As PPRVs não requerem nenhuma restrição.

P: Uma válvula redutora de pressão pode ser projetada com base na vazão como variável, em vez da pressão de saída como variável? Podemos usar uma válvula de limitação/controle de vazão como opção para válvula redutora de pressão em alguns casos, como em uma linha por gravidade?

A: Diversos fatores precisam ser considerados em relação à pressão e ao fluxo em válvulas redutoras de pressão:

• As válvulas redutoras de pressão monitoram apenas a pressão a jusante (P2). O fluxo é determinado pelo consumo de água do sistema a jusante da PRV (emissores, reservatórios, vilarejos, etc.). Se a demanda de fluxo aumentar e P2 diminuir, a PRV irá “tentar” aumentar P2 de volta ao ajuste abrindo (permitindo maior fluxo). Se a demanda de fluxo diminuir e P2 aumentar, a PRV irá estrangular o fechamento para reduzir P2 de volta ao ajuste (permitindo menor fluxo).
• É possível converter a PRV em uma Válvula de Controle de Vazão (FCV) ou adicionar um recurso de controle de vazão à PRV, tornando-a uma válvula redutora de pressão e controle de vazão.
• A Válvula de Controle de Vazão (FCV) é muito semelhante à Válvula Redutora de Pressão (PRV), mas, em vez de detectar a P2, o piloto da FCV detecta ΔP ou ΔF (que é a “expressão” hidráulica da vazão) através de uma placa de orifício, tubo de Pitot ou pá localizada dentro do fluxo. Caso a demanda ultrapasse o ajuste (mesmo quando a pressão estiver baixa), o aumento da velocidade do fluxo elevará ΔP ou ΔF e a FCV irá estrangular para limitar o fluxo de volta ao ajuste.
  

  

• Adicionar um recurso de controle de vazão a uma válvula redutora de pressão (PRV), tornando-a uma válvula redutora de pressão e controle de vazão, significa que temos dois pilotos diferentes na mesma válvula. Um controla o fluxo com base na detecção de ΔP ou ΔF através
• uma placa de orifício, um tubo de Pitot ou pá; o outro detecta P2 e controla a válvula de acordo.
  

  Se a demanda aumentar e P2 cair, o piloto de vazão assumirá o controle para limitar o fluxo ao valor ajustado. Se a demanda diminuir, o piloto de vazão permite que a válvula abra. Se P2 aumentar, devido ao aumento de P1 ou à queda da demanda, o piloto redutor assumirá o controle e estrangulará a válvula para fechar.

  
  

<>

• Quando o piloto de controle de fluxo está em operação, a válvula fecha, resultando em uma queda de P2 às vezes abaixo do ajuste do piloto redutor, que não domina a válvula e não pode elevar P2 enquanto a demanda estiver acima do ajuste do piloto de fluxo. Por esse motivo, recomenda-se ajustar o piloto de fluxo de 15 a 20% acima da vazão nominal da linha.

P: Instalamos quatro válvulas na entrada do chak (bloco principal), onde a pressão de entrada (P1) é 60m, e as 4 válvulas dos sub-chaks (talhões) possuem diferentes requisitos de pressão (P2) (ou seja, P2 para a Válvula 1 = 35m, Válvula 2 = 25m, Válvula 3 = 45m, Válvula 4 = 50m). O comprimento, diâmetro e elevação da tubulação de distribuição dos sub-chaks variam, mas é necessário o mesmo fluxo na extremidade final de cada saída dos sub-chaks. Assim, é possível manter o mesmo fluxo na extremidade final da saída dos sub-chaks quando P1 é constante, mas P2 varia?

A: A resposta depende se a irrigação é pressurizada e realizada por gotejamento/projetores/jatos (qualquer emissor com vazão conhecida) ou se estamos lidando com irrigação por inundação, onde a extremidade da tubulação de distribuição está aberta para a atmosfera.

• Na irrigação por gotejamento pressurizado (MIS), o fluxo é determinado pelo acúmulo do fluxo de todos os emissores dos sub-chaks e é mantido enquanto P2 estiver conforme o projeto e não houver rompimento.
• Na irrigação por inundação, a redução de pressão é irrelevante, pois a extremidade da linha está aberta. A solução correta é uma válvula de controle de vazão, que deixará baixa pressão na linha de distribuição (perda por atrito em determinado fluxo + elevação).

<>  

P: Podemos alterar remotamente o ajuste da PRV para pressão e vazão?

A: Válvulas redutoras de pressão (e todas as válvulas de controle hidráulico) podem aceitar dois pilotos ajustados para pressões diferentes. A instalação de um solenóide para “selecionar” entre os pilotos permitirá a troca remota entre regimes de pressão.

Outras opções exigem a adição de dispositivos no piloto para permitir o ajuste remoto dinâmico. Isso também exigirá controladores especiais para possibilitar o controle analógico.

P: Qual é a faixa ideal para a abertura da válvula em válvulas redutoras de pressão hidráulicas?

A: Em algum lugar entre 15% e 30%, dependendo do tipo de válvula, pressão e condições de fluxo, tempo anual de operação e outros fatores. A aplicação de um plugue V-Port força a Válvula Redutora de Pressão (PRV) a abrir mais para lidar melhor com baixas vazões. Isso permite que a PRV fique cerca de 15% aberta mesmo quando a velocidade do fluxo cai para aproximadamente 0,5 m/s.

P: Em uma rede de distribuição com bombeamento direto, como a Válvula Redutora de Pressão (PRV) irá responder quando ocorrer uma falha de energia e a pressão a montante subir repentinamente? Ela será capaz de manter a pressão P2 a jusante?

A: Isso é complexo, pois falhas de energia são eventos com múltiplos cenários. Supondo que a pergunta se refira a uma Válvula Redutora de Pressão (PRV) em uma das saídas de uma linha principal que conecta a bomba a um reservatório, podemos esperar que a PRV abra quando a pressão cair devido a uma onda negativa. Nesse caso, provavelmente ela não fechará rápido o suficiente para manter P2 caso uma onda positiva ocorra.

P: A válvula da série 400 (câmara única, padrão globo) pode ser utilizada em aplicações de redução de pressão? Se sim, ela será mais propensa à cavitação em comparação com as válvulas padrão Y (séries 100 e 700)?

A: A série 400 pode ser utilizada para aplicações de redução de pressão. Na verdade, a maioria das aplicações metálicas de válvulas redutoras de pressão (PRV) em irrigação é realizada pela Série IR-400 ou por outras válvulas de câmara única. A Série IR-400 não inclui um assento elevado, o que as torna menos resistentes a danos por cavitação do que a Série IR-100, devido ao fato de ser fabricada em material composto, e a Série IR-700, que incorpora um assento elevado em aço inoxidável. O padrão em Y também contribui para uma melhor resistência à cavitação e desempenho de vazão aproximadamente 25% superior em comparação com as válvulas globo padrão.