O que é um golpe de aríete?
O golpe de aríete ocorre quando há uma queda repentina de energia ou quando uma válvula é fechada muito rapidamente. Devido à inércia do fluxo de água sob pressão, é gerada uma onda de choque, semelhante ao impacto de um martelo, daí o nome golpe de aríete. A força gerada pelo vaivém dessas ondas de choque, por vezes tão grande, pode danificar válvulas e bombas.
Quando uma válvula aberta é fechada repentinamente, a água flui contra a válvula e a parede do cano, criando pressão. Devido à superfície lisa da parede do cano, o fluxo de água subsequente atinge rapidamente o máximo sob a ação da inércia, causando danos. Este é o "efeito de golpe de aríete" na mecânica dos fluidos, ou seja, golpe de aríete positivo. Este fator deve ser considerado na construção de tubulações de abastecimento de água.
Pelo contrário, após a abertura repentina de uma válvula fechada, também ocorre o golpe de aríete, também chamado de golpe de aríete negativo. Este também possui certo poder destrutivo, mas não tão grande quanto o anterior. Quando uma bomba d'água elétrica perde energia repentinamente ou é ligada, também causa choque de pressão e efeito de golpe de aríete. A onda de choque dessa pressão se propaga ao longo da tubulação, podendo facilmente levar à sobrepressão localizada, resultando em ruptura da tubulação e danos aos equipamentos. Portanto, a proteção contra o efeito de golpe de aríete tornou-se uma das tecnologias-chave na engenharia de abastecimento de água.
Condições para o golpe de aríete
1. A válvula abre ou fecha repentinamente;
2. A unidade da bomba de água para ou liga repentinamente;
3. Distribuição de água por tubulação única para locais elevados (diferença de altura do terreno de abastecimento de água superior a 20 metros);
4. A altura manométrica total (ou pressão de trabalho) da bomba é grande;
5. A velocidade da água na tubulação é muito alta;
6. O encanamento de água é muito longo e o terreno varia muito.
Os perigos do golpe de aríete
O aumento de pressão causado pelo golpe de aríete pode atingir várias vezes ou mesmo dezenas de vezes a pressão normal de trabalho da tubulação. Essas grandes flutuações de pressão causam danos ao sistema de tubulação principalmente das seguintes maneiras:
1. Provoca forte vibração na tubulação e desconexão da junta da tubulação;
2. A válvula está danificada e a pressão é tão alta que pode causar o rompimento do cano, reduzindo a pressão na rede de abastecimento de água;
3. Pelo contrário, se a pressão for muito baixa, o tubo irá colapsar e a válvula e as peças de fixação serão danificadas;
4. Causar a inversão do sentido de rotação da bomba de água, danificar os equipamentos ou tubulações na casa de bombas, provocar o alagamento grave da casa de bombas, causar vítimas pessoais e outros acidentes graves, além de afetar a produção e a vida das pessoas.
Medidas de proteção para eliminar ou mitigar o golpe de aríete
Existem muitas medidas de proteção contra o golpe de aríete, mas diferentes medidas precisam ser tomadas de acordo com as possíveis causas do golpe de aríete.
1. Reduzir a vazão da tubulação de água pode diminuir a pressão do golpe de aríete até certo ponto, mas aumentará o diâmetro da tubulação e, consequentemente, o investimento do projeto. Ao projetar tubulações de água, deve-se considerar evitar elevações ou mudanças bruscas de declive. A magnitude do golpe de aríete quando a bomba é desligada está diretamente relacionada à altura manométrica da casa de bombas. Quanto maior a altura manométrica, maior o golpe de aríete quando a bomba é desligada. Portanto, uma altura manométrica adequada deve ser selecionada de acordo com as condições locais. Após o desligamento da bomba em caso de acidente, aguarde até que a tubulação atrás da válvula de retenção esteja cheia de água antes de ligá-la novamente. Não abra completamente a válvula de saída da bomba ao ligá-la, caso contrário, haverá um grande impacto da água. A maioria dos acidentes graves por golpe de aríete em estações de bombeamento ocorre nessas circunstâncias.
2. Instale o dispositivo de eliminação do golpe de aríete
(1) Utilizando tecnologia de controle de pressão constante:
Como a pressão na rede de distribuição de água varia continuamente com as condições de operação, é comum ocorrerem hipopressão ou sobrepressão durante o funcionamento do sistema, o que aumenta a probabilidade de golpe de aríete, podendo danificar tubulações e equipamentos. Para controlar a pressão na rede de distribuição, adota-se um sistema de controle automático. Este sistema detecta e controla o acionamento, a parada e o ajuste de velocidade da bomba d'água, controlando a vazão e mantendo a pressão em um nível adequado. A pressão de abastecimento da bomba pode ser ajustada por meio de um microcomputador, garantindo um fornecimento de água constante e evitando flutuações excessivas de pressão. Consequentemente, reduz-se a probabilidade de golpe de aríete.
(2) Instale o eliminador de golpe de aríete
Este equipamento 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, o dreno se abre automaticamente e libera a água. O alívio de pressão equilibra a pressão nas tubulações locais e previne o impacto do golpe de aríete em equipamentos e tubulações. De modo geral, os eliminadores podem ser divididos em dois tipos: mecânicos e hidráulicos.
3) Instale uma válvula de retenção de fechamento lento no tubo de saída da bomba de água de grande calibre.
Ela pode eliminar eficazmente o golpe de aríete quando a bomba é desligada, mas, como há um certo refluxo de água quando a válvula é acionada, o poço de sucção 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, de acordo com as necessidades. Geralmente, 70% a 80% da válvula fecha em 3 a 7 segundos após a falha de energia, e o tempo de fechamento dos 20% a 30% restantes é ajustado de acordo com as condições da bomba e da tubulação, geralmente na faixa de 10 a 30 segundos. Vale ressaltar que a válvula de retenção de fechamento lento é muito eficaz quando há uma protuberância na tubulação, pois ajuda a reduzir o golpe de aríete.
(4) Instalar torre de sobretensão unidirecional
É construída perto da estação de bombeamento ou em um local apropriado da 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, esta fornece água para a tubulação, impedindo a ruptura da coluna d'água e evitando o golpe de aríete. No entanto, seu efeito de despressurização em golpes de aríete que não sejam o golpe de aríete causado pela parada da bomba, como o golpe de aríete por fechamento de válvula, é limitado. Além disso, o desempenho da válvula unidirecional utilizada na torre de compensação deve ser absolutamente confiável. Uma falha na válvula pode levar a acidentes graves.
(5) Instale um tubo de desvio (válvula) na estação de bombeamento
Quando o sistema de bombeamento está funcionando normalmente, a válvula de retenção permanece fechada porque a pressão da água no lado da bomba é maior do que a pressão da água no lado da sucção. Quando uma falha de energia interrompe repentinamente o funcionamento da bomba, a pressão na saída da estação de bombeamento cai drasticamente, enquanto a pressão no lado da sucção aumenta bruscamente. Sob essa diferença de pressão, a água em alta pressão transitória na tubulação principal de sucção se transforma em água em baixa pressão transitória, empurrando a placa da válvula de retenção e fluindo para a tubulação principal de água pressurizada, aumentando a baixa pressão da água ali presente; por outro lado, o golpe de aríete na sucção também é reduzido. Dessa forma, a variação do golpe de aríete em ambos os lados da estação de bombeamento é controlada, reduzindo e prevenindo efetivamente os riscos de golpe de aríete.
(6) Instalar válvula de retenção de múltiplos estágios
Em tubulações de água mais longas, adicione uma ou mais válvulas de retenção, divida a tubulação em várias seções e instale uma válvula de retenção em cada seção. Quando a água na tubulação retorna durante o processo de golpe de aríete, as válvulas de retenção se fecham sequencialmente, dividindo o fluxo de refluxo em várias seções. Como a pressão hidrostática em cada seção da tubulação (ou seção de refluxo) é bastante pequena, o fluxo de água é reduzido, reduzindo o impacto do golpe de aríete. Essa medida de proteção pode ser usada eficazmente em situações onde a diferença geométrica de altura na tubulação de água é grande; porém, não elimina a possibilidade de separação da coluna d'água. Sua maior desvantagem é o aumento do consumo de energia da bomba durante a operação normal, elevando o custo do abastecimento de água.
(7) Dispositivos automáticos de exaustão e fornecimento de ar são instalados no ponto mais alto da tubulação para reduzir o impacto do golpe de aríete na tubulação.
Data da publicação: 23/11/2022