Redução de Pressão e Cavitação – Suas Perguntas Respondidas

A otimização dos valores de pressão e vazão é parte integrante do projeto de sistemas de irrigação. Com variações 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.

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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 informações úteis sobre como selecionar as 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 selecionar, combinar e alocar de forma eficaz as 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 do fechamento, as PPRVs reduzem continuamente uma pressão mais alta a montante para uma pressão mais baixa a jusante em uma razão constante.

Apenas válvulas de câmara dupla podem servir como Válvulas Redutoras e Sustentadoras de Pressão (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 relação de redução correspondente para cada tamanho de válvula e cada série de válvulas (100, 700).

P: Podemos usar válvulas redutoras de pressão para reduzir a pressão estática? Uma válvula redutora de pressão (PRV) 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 que sai 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 valor ajustado. 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: Foi alegado 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 ação direta podem ser mais rápidas do que as válvulas redutoras de pressão 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 ou, preferencialmente, utilizar uma válvula redutora de pressão 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 na demanda, operação da bomba ou vazamentos. 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 a vazão 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 em P1 que afetam P2 são imediatamente percebidas pelo piloto, que faz com que seus dispositivos internos mudem de posição e estrangulem instantaneamente 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 “muito aberta” ou “muito fechada”, mantendo sempre 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 impactará 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 respiro (abertura). Isso leva ao uso de um volume muito pequeno de água de controle e resulta em dois comportamentos diferentes:

• Histerese (já que uma certa variação precisa “se acumular” antes que as passagens no piloto “comutem”), o que é considerado menos sensível, mas em pilotos de alta qualidade é suficientemente pequena. A histerese, por si só, às vezes é essencial para eliminar a oscilação da 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.

 

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P: Qual é a perda de pressão +/- em um circuito de controle de 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 à jusante da válvula, liberando a pressão da câmara enquanto a válvula estiver aberta. Isso resulta em um volume relativamente alto de água de controle (0,2-0,5m³/h; 0,9-2,2gpm) e gera sensibilidade à água suja com os comportamentos hidráulicos descritos abaixo:

• Histerese praticamente nula, pois o deslocamento necessário do piloto para aumentar (abrir) ou diminuir (fechar) o fluxo de liberação 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) supera 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 regulagem 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, como explicado no caso de tanques de quebra de pressão), quais tipos de Válvulas Redutoras de Pressão (PRVs) podem ser utilizados? Você poderia esclarecer um pouco sobre isso?

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

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

No entanto, como a relação de redução da Válvula Redutora de Pressão (PRV) 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 demanda de vazão de irrigação varia, precisamos posicionar as PRVs com base nas diferenças de elevação (pressão máxima a montante) e na altura real em vazão/fricção máxima (pressão mínima a montante). Como cada PRV determina a pressão para a PRV seguinte – 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 PPRVs?
R: PPRVs não requerem nenhuma restrição.

P: Uma válvula redutora de pressão pode ser projetada tendo a vazão como variável, em vez da pressão de saída como variável? Podemos usar uma válvula de controle/limitação 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 apenas detectam a pressão a jusante (P2). O fluxo é determinado pelo consumo de água do sistema a jusante da válvula redutora de pressão (emissores, reservatórios, vilarejos, etc.). Se a demanda de fluxo aumentar e P2 diminuir, a válvula redutora de pressão irá “tentar” aumentar P2 de volta ao valor ajustado abrindo (permitindo maior fluxo). Se a demanda de fluxo diminuir e P2 aumentar, a válvula redutora de pressão irá estrangular o fechamento para reduzir P2 ao valor ajustado (permitindo menor fluxo).
• É possível converter a Válvula Redutora de Pressão (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 valor ajustado (mesmo quando a pressão está baixa), o aumento da velocidade do fluxo elevará ΔP ou ΔF e a FCV irá estrangular o fechamento para limitar a vazão ao valor ajustado.
  

  

• Adicionar um recurso de controle de vazão a uma Válvula Redutora de Pressão (PRV), transformando-a em uma válvula redutora e controladora de vazão, significa que temos dois pilotos diferentes na mesma válvula. Um controla a vazão com base na detecção de ΔP ou ΔF através
• um diafragma, 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 a vazão 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.

  
  

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• Quando o piloto de controle de vazão está em operação, a válvula se fecha, resultando em uma queda de P2 às vezes abaixo do ajuste do piloto redutor, que não está dominando a válvula e não pode elevar P2 enquanto a demanda estiver acima do ajuste do piloto de vazão. Por esse motivo, recomenda-se ajustar o piloto de vazão 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 de 60m, e as quatro válvulas dos sub-chaks (lotes) 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 manter a mesma vazão na extremidade final de cada saída dos sub-chaks. Portanto, é possível manter a mesma vazão 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, aspersores ou jatos (qualquer emissor com vazão conhecida) ou se estamos lidando com irrigação por inundação, onde a extremidade do tubo de distribuição está aberta para a atmosfera.

• Na irrigação pressurizada por 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 ocorrido nenhum 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 de carga por atrito na vazão determinada + elevação).

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

A: Válvulas redutoras de pressão (e todas as válvulas de controle hidráulico) podem aceitar dois pilotos ajustados para diferentes pressões. 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 de abertura da válvula em válvulas redutoras de pressão hidráulicas?

A: Algo entre 15% e 30%, dependendo do tipo de válvula, das condições de pressão e vazão, do tempo anual de operação e de 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 aproximadamente 15% aberta mesmo quando a velocidade do fluxo cai para cerca de 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 de padrão Y (séries 100 e 700)?

A: A série 400 pode ser utilizada em 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 possui 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 do que 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.

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