1/Conceito

Golpe de aríete, também chamado de golpe de aríete, ocorre durante o transporte de água (ou outros líquidos) devido à abertura ou fechamento repentino de uma válvula.Válvula borboleta API, válvulas de gaveta, verifique as válvulas eválvulas de esferaParadas repentinas de bombas d'água, abertura e fechamento súbitos de palhetas guia, etc., causam mudanças repentinas na vazão e flutuações significativas na pressão. O termo "golpe de aríete" é bastante conhecido e se refere ao forte impacto da água na tubulação durante a partida e parada da bomba. Isso ocorre porque a parede interna da tubulação é lisa e a água flui livremente. Quando uma válvula aberta é fechada repentinamente ou a bomba de abastecimento de água é desligada, o fluxo de água gera pressão na válvula e na parede da tubulação, principalmente na válvula ou na bomba. Devido à superfície lisa da tubulação, sob a ação da inércia do fluxo de água subsequente, a força hidráulica atinge rapidamente o máximo, produzindo efeitos destrutivos. Esse é o "golpe de aríete" em hidráulica, ou seja, o golpe de aríete positivo. Por outro lado, quando uma válvula fechada é aberta repentinamente ou a bomba é ligada, também ocorre o golpe de aríete negativo, porém com intensidade menor. O impacto da pressão fará com que a parede do tubo fique tensionada e produza ruído, tal como um martelo a bater no tubo, razão pela qual é chamado de efeito de golpe de aríete.

2/Perigos

A pressão instantânea gerada pelo golpe de aríete pode atingir dezenas ou mesmo centenas de vezes a pressão normal de operação na tubulação. Essas grandes flutuações de pressão podem causar forte vibração ou ruído no sistema de tubulação e danificar as juntas das válvulas. Isso tem um efeito muito prejudicial no sistema de tubulação. Para evitar o golpe de aríete, o sistema de tubulação precisa ser projetado corretamente para evitar que a vazão seja excessiva. Geralmente, a vazão projetada na tubulação deve ser inferior a 3 m/s, e a velocidade de abertura e fechamento das válvulas precisa ser controlada.
Como a bomba é ligada, desligada e as válvulas são abertas e fechadas muito rapidamente, a velocidade da água muda drasticamente, especialmente o golpe de aríete causado pela parada repentina da bomba, o que pode danificar tubulações, bombas d'água e válvulas, além de fazer com que a bomba inverta o sentido de rotação e reduza a pressão na rede de tubulação. O efeito do golpe de aríete é extremamente destrutivo: se a pressão for muito alta, pode causar a ruptura da tubulação. Ao contrário, se a pressão for muito baixa, pode causar o colapso da tubulação e danificar as válvulas e conexões. Em um curto período de tempo, a vazão da água aumenta de zero para a vazão nominal. Como os fluidos possuem energia cinética e um certo grau de compressibilidade, grandes variações na vazão em um curto espaço de tempo causam impactos de alta e baixa pressão na tubulação.

3/gerar

Existem muitas causas para o golpe de aríete. Os fatores comuns são os seguintes:

1. A válvula abre ou fecha repentinamente;

2. A unidade da bomba de água para ou liga repentinamente;

3. Um único cano transporta água para um local elevado (a diferença de altura do terreno de abastecimento de água excede 20 metros);

4. A altura manométrica total (ou pressão de trabalho) da bomba de água é grande;

5. A velocidade do fluxo de água na tubulação é muito alta;

6. O encanamento de água é muito longo e o terreno varia muito.
7. A construção irregular representa um perigo oculto em projetos de adutoras de abastecimento de água.
(1) Por exemplo, a produção de pilares de empuxo de cimento para tês, cotovelos, redutores e outras juntas não atende aos requisitos.
De acordo com o “Regulamento Técnico para Engenharia de Tubulações de Abastecimento de Água em Policloreto de Vinila Rígido Enterradas”, estacas de ancoragem de concreto devem ser instaladas em juntas como tês, curvas, redutores e outras tubulações com diâmetro ≥ 110 mm para evitar o deslocamento da tubulação. As estacas de ancoragem de concreto devem ter classe de resistência igual ou superior a C15 e devem ser moldadas in loco sobre o solo original escavado e a inclinação da vala. Algumas construtoras não dão a devida atenção à função das estacas de ancoragem. Elas pregam uma estaca de madeira ou encaixam uma cunha de ferro ao lado da tubulação para servir como estaca de ancoragem. Às vezes, o volume da estaca de concreto é insuficiente ou não é moldado sobre o solo original. Por outro lado, algumas estacas de ancoragem não são suficientemente resistentes. Como resultado, durante a operação da tubulação, as estacas de ancoragem não funcionam e se tornam inúteis, causando desalinhamento e danos em conexões como tês e curvas.
(2) A válvula de escape automática não está instalada ou a posição de instalação é inadequada.
De acordo com os princípios da hidráulica, válvulas de escape automáticas devem ser projetadas e instaladas nos pontos mais altos das tubulações em áreas montanhosas ou colinas com grandes ondulações. Mesmo em áreas planas com terreno pouco ondulado, as tubulações devem ser projetadas artificialmente durante a escavação das valas. Devem haver subidas e descidas, elevações e declives cíclicos, com inclinação mínima de 1/500, e de uma a duas válvulas de escape devem ser projetadas no ponto mais alto a cada quilômetro.
Porque durante o transporte de água na tubulação, o gás presente nela escapa e se acumula nas partes elevadas, podendo até formar bloqueios de ar. Quando a vazão da água na tubulação oscila, as bolsas de ar formadas nessas partes elevadas continuam a ser comprimidas e expandidas, e a pressão gerada pela compressão do gás é dezenas ou até centenas de vezes maior do que a pressão gerada pela compressão da água (fonte: Pump Butler). Nesse momento, esse trecho da tubulação com riscos ocultos pode levar às seguintes situações:
• Depois que a água passa a montante do tubo, o gotejamento desaparece a jusante. Isso ocorre porque a bolsa de ar dentro do tubo bloqueia o fluxo de água, causando a separação da coluna d'água.
• O gás comprimido no gasoduto é comprimido ao limite máximo e se expande rapidamente, causando a ruptura do gasoduto.
• Quando a água de uma fonte elevada é transportada rio abaixo a uma certa velocidade por gravidade, após o fechamento rápido da válvula a montante, devido à inércia da diferença de altura e da vazão, a coluna de água no tubo a montante não para imediatamente. Ela continua se movendo a uma certa velocidade, fluindo rio abaixo. Nesse momento, forma-se um vácuo na tubulação porque o ar não consegue ser reposto a tempo, causando o esvaziamento da tubulação devido à pressão negativa e danos.
(3) A vala e o solo de reaterro não cumprem os regulamentos.
Em áreas montanhosas, é comum encontrar valas mal construídas, principalmente devido à presença de muitas pedras em certos locais. Essas valas são escavadas manualmente ou com explosivos. O fundo da vala é bastante irregular e apresenta pedras pontiagudas salientes. Nesses casos, de acordo com as normas vigentes, as pedras no fundo da vala devem ser removidas e uma camada de areia de pelo menos 15 centímetros deve ser aplicada antes da instalação da tubulação. No entanto, os operários da construção civil, por negligência ou por falta de cuidado, depositam a areia diretamente, sem a devida compactação, ou apenas com uma camada superficial. A tubulação é instalada diretamente sobre as pedras. Quando o aterro é concluído e a água é liberada, devido ao peso da própria tubulação, à pressão vertical do solo, à carga dos veículos sobre a tubulação e à ação da gravidade, o apoio de uma ou mais pedras pontiagudas salientes no fundo da vala causa uma concentração excessiva de tensão, tornando a tubulação muito suscetível a danos e fissuras lineares nesse ponto. Esse fenômeno é conhecido como "efeito de fissuração".​

4/Medidas

Existem muitas medidas de proteção contra o golpe de aríete, mas diferentes medidas precisam ser tomadas de acordo com as possíveis causas do problema.
1. Reduzir a vazão das tubulações de água pode diminuir a pressão do golpe de aríete até certo ponto, mas aumentará o diâmetro das tubulações e, consequentemente, o investimento do projeto. Ao projetar tubulações de água, deve-se considerar evitar elevações ou mudanças bruscas de declive para reduzir o comprimento da tubulação. Quanto maior o comprimento da tubulação, maior o valor do golpe de aríete quando a bomba é desligada. Para conectar duas estações de bombeamento, utiliza-se um poço de sucção.
Golpe de aríete quando a bomba é desligada

O chamado golpe de aríete por parada da bomba refere-se ao fenômeno de choque hidráulico causado por mudanças repentinas na velocidade do fluxo na bomba d'água e nas tubulações de pressão quando a válvula é aberta e fechada devido a uma queda repentina de energia ou outros motivos. Por exemplo, falhas no sistema elétrico ou em equipamentos elétricos, falhas ocasionais na unidade da bomba d'água, etc., podem fazer com que a bomba centrífuga abra a válvula e pare, resultando em golpe de aríete. A magnitude do golpe de aríete por parada da bomba está principalmente relacionada à altura manométrica da casa de bombas. Quanto maior a altura manométrica, maior o valor do golpe de aríete por parada da bomba. Portanto, uma altura manométrica adequada deve ser selecionada com base nas condições locais reais.

A pressão máxima do golpe de aríete quando uma bomba é desligada pode atingir 200% da pressão normal de trabalho, ou até mais, o que pode destruir tubulações e equipamentos. Acidentes comuns causam vazamentos e interrupções no fornecimento de água; acidentes graves podem causar inundações na casa de bombas, danos a equipamentos e instalações, podendo até mesmo resultar em ferimentos ou morte.

Após a parada da bomba devido a um acidente, aguarde até que o tubo atrás da válvula de retenção esteja cheio de água antes de ligá-la novamente. Não abra completamente a válvula de saída da bomba ao ligá-la, caso contrário, ocorrerá um grande impacto de água. Acidentes graves por golpe de aríete em muitas estações de bombeamento costumam ocorrer nessas circunstâncias.

2. Instale o dispositivo de eliminação do golpe de aríete
(1) Utilizando tecnologia de controle de tensão constante
Um sistema de controle automático PLC é utilizado para controlar a bomba com velocidade de frequência variável e para controlar automaticamente a operação de todo o sistema da casa de bombas de abastecimento de água. Como a pressão na rede de distribuição de água varia constantemente com as mudanças nas condições de trabalho, é comum ocorrerem hipopressão ou sobrepressão durante a operação do sistema, o que pode facilmente causar golpe de aríete, danificando tubulações e equipamentos. Um sistema de controle automático PLC é utilizado para controlar a rede de tubulação. Ele detecta a pressão, controla o acionamento e a parada da bomba de água, ajusta a velocidade e controla a vazão, mantendo assim a pressão em um nível adequado. A pressão de abastecimento de água da bomba pode ser configurada por meio do controle do microcomputador para manter a pressão constante e evitar flutuações excessivas de pressão. Isso reduz a probabilidade de golpe de aríete.
(2) Instalar eliminador de golpe de aríete
Este dispositivo previne principalmente o golpe de aríete quando a bomba é desligada. Geralmente é instalado próximo ao tubo de saída da bomba d'água. Ele utiliza a própria pressão da tubulação como força motriz para realizar a ação automática em caso de baixa pressão. Ou seja, quando a pressão na tubulação cai abaixo do valor de proteção definido, a válvula de drenagem se abre automaticamente para escoar a água. O alívio de pressão serve para equilibrar a pressão nas tubulações locais e evitar o impacto do golpe de aríete em equipamentos e tubulações. Os eliminadores podem ser divididos em dois tipos: mecânicos e hidráulicos. Os eliminadores mecânicos são rearmados manualmente após a atuação, enquanto os hidráulicos podem ser rearmados automaticamente.
(3) Instale uma válvula de retenção de fechamento lento no tubo de saída da bomba de água de grande diâmetro.

Pode eliminar eficazmente o golpe de aríete quando a bomba é desligada, mas como uma certa quantidade de água retornará quando a bomba parar, ela voltará a fluir.API 609Quando a válvula é acionada, o poço de sucção de água deve ter um tubo de extravasamento. Existem dois tipos de válvulas de retenção de fechamento lento: do tipo golpe de aríete e do tipo com armazenamento de energia. Este tipo de válvula permite ajustar o tempo de fechamento dentro de uma determinada faixa, conforme necessário (siga: Pump Butler). Geralmente, a válvula fecha de 70% a 80% em 3 a 7 segundos após uma interrupção de energia. Os 20% a 30% restantes do tempo de fechamento são ajustados de acordo com as condições da bomba d'água e da tubulação, geralmente na faixa de 10 a 30 segundos. Vale ressaltar que, quando há uma irregularidade na tubulação e ocorre golpe de aríete, a função da válvula de retenção de fechamento lento é bastante limitada.
(4) Instale uma torre de regulação de pressão unidirecional
É construída perto da estação de bombeamento ou em um local apropriado na tubulação, e a altura da torre de compensação unidirecional é inferior à pressão na tubulação nesse ponto. Quando a pressão na tubulação é menor que o nível da água na torre, a torre reguladora de pressão repõe a água na tubulação para evitar que a coluna d'água se rompa e forme uma ponte, prevenindo o golpe de aríete. No entanto, seu efeito de redução de pressão em golpes de aríete que não sejam o golpe de aríete por parada da bomba, como o golpe de aríete por fechamento de válvula, é limitado. Além disso, o desempenho da válvula unidirecional utilizada na torre reguladora de pressão unidirecional deve ser absolutamente confiável. Uma falha na válvula pode causar um grande golpe de aríete.
(5) Instale um tubo de desvio (válvula) na estação de bombeamento
Quando o sistema de bombeamento está operando normalmente, a válvula de retenção permanece fechada porque a pressão da água no lado de pressão da bomba é maior do que a pressão da água no lado de sucção. Quando uma queda de energia acidental interrompe repentinamente o funcionamento da bomba, a pressão na saída da estação de bombeamento cai drasticamente, enquanto a pressão no lado de sucção aumenta bruscamente. Sob essa diferença de pressão, a água em alta pressão transitória na tubulação principal de sucção empurra a válvula de retenção, abrindo-a e fluindo para a água em baixa pressão transitória na tubulação principal de pressão, causando um aumento na pressão da água nesse ponto. Por outro lado, o golpe de aríete na sucção também é reduzido. Dessa forma, o golpe de aríete e a queda de pressão em ambos os lados da estação de bombeamento são controlados, reduzindo e prevenindo efetivamente os riscos de golpe de aríete.
(6) Instale uma válvula de retenção de múltiplos estágios
Em uma tubulação de água longa, adicione um ou maisválvulas de retençãoDivida a tubulação de água em várias seções e instale uma válvula de retenção em cada uma delas. Quando a água retorna durante um golpe de aríete, as válvulas de retenção se fecham sequencialmente, dividindo o fluxo de refluxo em várias seções. Como a altura manométrica em cada seção da tubulação (ou seção de refluxo) é bastante pequena, a vazão de água é reduzida, aumentando o impacto do golpe de aríete. Essa medida de proteção pode ser eficaz em situações com grande diferença de altura na tubulação, mas não elimina completamente a possibilidade de separação da coluna d'água. Sua principal desvantagem é o aumento do consumo de energia da bomba durante a operação normal e, consequentemente, o aumento dos custos de abastecimento de água.