Efeito de martelo de água: Compreender e proteger-se contra

No mundo contemporâneo e nas nossas rotinas diárias, os sistemas de canalização evoluíram para sistemas complexos, semelhantes aos vasos sanguíneos num sistema circulatório de fluidos corporais. Por baixo desta visão desordenada, existe um "assassino invisível" que tem o potencial de ser responsável por danos graves e maciços: o efeito de martelo de água. No seu carácter, serve como um lembrete da dinâmica dos fluidos que nunca deve ser ignorado. Este artigo aborda o mistério do efeito de golpe de aríete, propõe as suas causas e perigos e apresenta um conjunto de medidas eficazes para prevenir e/ou atenuar o problema, permitindo manter o sistema de condutas saudável durante muito tempo.

O que é o efeito de martelo de água?

Em termos de engenharia, o efeito de golpe de aríete é designado por onda ou pico de pressão, choque hidráulico ou onda de choque. Ocorre quando um líquido em movimento num sistema de tubagem é abruptamente parado ou obrigado a rodar, resultando numa mudança súbita de direção. Esta mudança abrupta dá origem a um impulso que é transformado numa onda de pressão. Esta onda de pressão viaja à velocidade do som na tubagem e faz saltar a pressão da água na tubagem, para a frente e para trás, como se um martelo invisível batesse na tubagem. Assim, surge o termo "golpe de aríete", muitas vezes acompanhado de um forte ruído de martelagem.

Isto pode ser explicado pelo facto de a maioria dos fluidos ser muito difícil de comprimir. Se o fluxo de um fluido for subitamente interrompido, a inércia do líquido fará com que o fluido avance, criando uma região de alta pressão. Além disso, a inércia do fluido retira a carga circundante, formando uma zona de baixa pressão. Quando uma carga se desloca e é incomodada por algumas ondas no sistema de tubagem, a disparidade entre a zona de alta pressão e a zona de baixa pressão é responsável pelo som excessivo e pela agitação. Também é conhecido por criar um pico de pressão que é diretamente proporcional à velocidade do fluido e ao fluxo volumétrico de água na tubagem.

As causas e o efeito do golpe de aríete

O efeito de golpe de aríete não ocorre sem motivo. Normalmente, acontece devido a uma alteração rápida do impulso de um fluido num sistema de canalização. O conhecimento das causas é o primeiro passo para a prevenção. Os efeitos que provoca servem de alertas críticos.

Causas principais:

1. Fecho súbito da válvula: Esta é a causa mais comum do golpe de aríete. Se uma válvula for fechada rapidamente, a energia cinética do líquido não se perde de uma só vez. Em vez disso, transforma-se numa onda de pressão.
2. Arranque e paragem da bomba:  Um arranque súbito de uma bomba pode fazer com que os tubos se encham rapidamente de fluido, o que pode ser surpreendente. Uma paragem súbita de uma bomba, especialmente se uma válvula de retenção não fechar ou se ocorrer um refluxo, pode resultar num golpe de aríete.
3. Ar ou vapor nas condutas: Se o ar ou a água ficarem retidos nos tubos, a água em movimento rápido que os atinge pode provocar choques e alterações de pressão, tal como o golpe de aríete. Por vezes, pode formar-se uma bala de água ou de vapor que provoca danos graves.
4. Má conceção dos tubos: Uma longa extensão de tubo reto, demasiadas curvas ou um suporte inadequado para os tubos podem agravar o golpe de aríete. Pode significar que os tubos soltos ou uma pequena secção de tubo são instáveis ou que os tubos não estão corretamente encaminhados à volta dos lados do circuito.
5. Falha da válvula de retenção ou seleção incorrecta: Algumas válvulas de retenção fecham-se demasiado depressa. Se forem fechadas com força por um refluxo, podem criar um golpe de aríete.

Efeitos principais:

O poder destrutivo do efeito de martelo de água é significativo. É como um cancro dos sistemas de tubagem, começando pelo ruído e conduzindo a danos estruturais:

• Ruído e vibrações: Os sinais mais diretos são os ruídos de pancada e as fortes vibrações. Estes perturbam o ambiente de trabalho e de vida.
• Danos no equipamento: As ondas de choque de alta pressão podem danificar ou partir peças precisas como manómetros, medidores de caudal, sensores, válvulas, vedantes de bombas e rolamentos.
• Danos no sistema de tubagem: Impactos fortes ou prolongados de golpes de aríete podem afrouxar as juntas dos tubos, provocar fugas nas flanges, rachar as soldaduras e até deformar, partir ou rebentar os tubos. Isto pode levar à rutura da tubagem, danos nos acessórios e grandes danos materiais e riscos de segurança.
• Contaminação média: Os rebentamentos de tubos podem provocar fugas de fluidos, poluindo o ambiente ou desperdiçando recursos.
• Paragem de produção: Na produção industrial, a falha do equipamento e os danos nas tubagens causados pelo golpe de aríete podem parar as linhas de produção. Isto leva a enormes perdas económicas.

Eis um quadro simplificado:

Efeito de martelo de água	Principais causas	Efeitos principais
Definição	Pico de pressão devido a uma alteração súbita do momento do fluido	Ruído, vibração, danos no equipamento/tubagem, riscos de segurança, paragem da produção
Natureza	Líquido incompressível, a inércia transforma-se em onda de choque	Fugas, rupturas, corrosão, desperdício de recursos
Cenários comuns	Fecho rápido da válvula, arranque/paragem da bomba, ar/vapor, má conceção	Custos de reparação, poluição ambiental, risco de ferimentos

Estratégias comprovadas para a prevenção do golpe de aríete

A prevenção de golpes de aríete requer mais do que apenas uma abordagem; é um sistema holístico, tal como a construção de uma barragem para eliminar os factores de risco desde o início.

Métodos não mecânicos

Estas técnicas minimizam principalmente o efeito do golpe de aríete através da modificação dos procedimentos operacionais e da conceção do sistema:

• Funcionamento lento da válvula: Não feche rapidamente as válvulas em tubagens de grande caudal ou de grande diâmetro. As transições suaves durante a abertura e o fecho da válvula requerem controlo nas definições do sistema automatizado para transições sem esforço, visando uma velocidade mais baixa do fluido.
• Arranque/desligamento gradual da bomba: Utilize métodos de arranque/espera com cintas ou dispositivos de arranque/paragem suaves para as restantes bombas, gradualmente, num sistema com várias bombas. Isto evita alterações abruptas na aceleração do fluido de escorva.
• Remoção completa do ar das tubagens: Todo o ar tem de ser removido antes de encher os tubos com água. As verificações regulares de manutenção das válvulas de libertação de ar garantem que o ar não fica preso na válvula, especialmente em pontos altos do sistema. A existência de purgadores de ar eficazes é crucial.
• Conceção correta da disposição dos tubos: Evitar o excesso de curvas ao longo dos comprimentos necessários. Os tubos rectos alongados apresentam obstruções de fecho encapsuladas que devem ser evitadas. No caso de tubos compridos, permitir algumas juntas de dilatação ou ligações flexíveis que absorvam o impacto, juntamente com o efeito de rotação.
• Suporte e ancoragem de tubagens: Assegurar a ancoragem correta dos tubos. Isto diminui a agitação e a vibração causadas pelo golpe de aríete, o que reduz o stress estrutural.

Soluções mecânicas

Existem muitas soluções mecânicas especializadas concebidas para lidar com problemas de golpe de aríete. Para o conseguir, é muito importante dispor de válvulas automatizadas de elevada qualidade. Exemplos disso são as válvulas de gaveta, globo, retenção, diafragma, agulha, purgadores de vapor e outras válvulas de controlo. Estas ajudam muito na prevenção e controlo do golpe de aríete.

• Protectores contra golpes de aríete: Estes são classificados como pequenos dispositivos de proteção. A instalação é feita nas válvulas e nas extremidades dos tubos de derivação, onde estão localizados. Estes dispositivos amortecem e absorvem as ondas de pressão com um pistão interno, uma bexiga ou uma câmara de ar.
• Tanques de compensação / Tanques de expansão: São principalmente utilizados em sistemas de tubagem de grande escala. Criam um grande reservatório de ar ou água ligado ao tubo primário. Isto permite a absorção e libertação de pressão, estabilizando a pressão do sistema.
• Acumuladores: Tal como os tanques de compensação, são normalmente recipientes pressurizados que comprimem gás (como o azoto) para absorver pulsações e choques de fluidos.
• Soluções de válvulas: As válvulas são peças-chave no controlo de fluidos. O seu tipo, conceção e funcionamento afectam diretamente a forma e a intensidade com que ocorrem os golpes de aríete. A escolha da válvula correta é crucial para reduzir os golpes de aríete.
  • Compreender os tipos de válvulas e o seu impacto: Cada tipo de válvula tem a sua própria construção e métodos de funcionamento únicos. Têm um impacto diferente na taxa de corte do fluido e no golpe de aríete. Por exemplo, as válvulas de esfera e de borboleta são válvulas de fecho rápido - agravam os efeitos do golpe de aríete em fluidos de alta velocidade. Apresentam vantagens, mas na ausência de controlo, podem tornar-se problemáticas. As válvulas de globo e de gaveta ajudam a atenuar os golpes de aríete quando utilizadas lentamente.
  • Controlo automatizado de válvulas para prevenção de golpes de aríete: Os actuadores eléctricos, pneumáticos ou hidráulicos de elevado desempenho, quando utilizados com válvulas, asseguram que as velocidades de abertura e fecho das válvulas são precisas. Os sistemas avançados de controlo de automação permitem que estas válvulas sejam programadas para fechar gradualmente. Isto impede que o fluido seja parado de uma só vez e evita o efeito de golpe de aríete. Isto é particularmente importante para sistemas que requerem um controlo preciso do fluxo e sem picos de pressão súbitos. Nestes actuadores, o atuador hidráulico é conhecido por fornecer uma força forte e um sistema rígido que permite movimentos suaves e controlados da válvula.
  • Válvulas de retenção: As válvulas de retenção estão muito bem desenvolvidas. Proporcionam um fecho suave e sem tensão antes da inversão do fluxo ou quando a velocidade do fluxo diminui. Este facto ajuda a evitar que as válvulas de retenção de choque provoquem golpes de aríete.
  • Válvulas Globo, Válvulas de Diafragma, Válvulas de Agulha: Para garantir um controlo adequado do caudal, estas válvulas podem ser combinadas com actuadores automatizados que permitem um controlo muito lento e preciso do caudal. Isto garante uma prevenção óptima dos golpes de aríete.
  • Purgadores de vapor: Nos sistemas de vapor, os purgadores de vapor separam eficazmente a água condensada. Isto protege as tubagens de vapor do efeito de golpe de aríete que, de outra forma, poderia comprometer a segurança do sistema.

A VINCER fornece um suporte abrangente para válvulas

Fundada em 2010, a VINCER oferece soluções de válvulas automatizadas de alta qualidade e num só local.

• Produtos e tecnologia: A VINCER oferece uma variedade de válvulas automatizadas eléctricas e pneumáticas para indústrias como a agroalimentar, a mineira e até mesmo instalações de dessalinização. A sua gama de produtos inclui válvulas de globo, válvulas de retenção, de gaveta e de diafragma, válvulas de agulha e purgadores de vapor, que oferecem um controlo preciso, juntamente com uma personalização extensiva em termos de funcionalidades, materiais e conformidade com normas e regulamentos internacionais. Os produtos são certificados com CE e RoHS, SIL, FDA e a Vincer possui a certificação ISO9001, assegurando a qualidade requintada que a VINCER oferece.
• Serviços profissionais: A equipa de engenharia da VINCER é especializada em oferecer soluções pré-venda detalhadas. A equipa de engenharia da VINCER é especializada em soluções de pré-venda pormenorizadas. É capaz de fornecer orçamentos em 24 a 48 horas e também desenhos técnicos relevantes. Para a VINCER, a produção significa o cumprimento de medidas rigorosas de controlo de qualidade, bem como o cumprimento de prazos de entrega eficientes. Para os produtos standard, estes são: 7-10 dias, enquanto que para os produtos personalizados são: 15-30 dias. Estes prazos são frequentemente mais rápidos do que os de muitas marcas internacionais. A VINCER também presta assistência pós-venda, que inclui peças gratuitas e assistência técnica à distância.
• Custo-eficácia: Os produtos da VINCER distinguem-se pelo seu custo mais baixo em relação aos produtos internacionais. Assim, com os produtos da VINCER, os clientes poupam nos custos de aquisição sem comprometer o desempenho.

Ao escolher a VINCER, está a escolher um parceiro de válvulas automatizadas com elevada rentabilidade e serviços profissionais personalizados. Os seus sistemas de controlo de fluidos estão sob a nossa proteção.

Estudos de caso: Martelo de água resolvido em ação

A teoria e as estratégias são importantes, mas os casos do mundo real mostram melhor a eficácia das soluções.

• Caso 1: Ruído no sistema de abastecimento de água de um edifício de grande altura
  • Problema: Num edifício residencial de grande altura, era frequente ocorrerem ruídos fortes nas condutas após as horas de maior utilização durante a noite, perturbando a paz dos residentes em redor do edifício.
  • Diagnóstico: O problema era causado pela inércia da água quando os residentes do último andar fechavam subitamente as torneiras, provocando vibrações nos tubos. Os dispositivos originais de proteção contra golpes de aríete também estavam defeituosos.
  • Solução: Foram instalados para-raios de maior capacidade e foram reforçados alguns suportes de tubos antigos.
  • Resultado: Como resultado, houve uma melhoria muito necessária do ruído reparador, o que permitiu poupar as queixas dos residentes.
• Caso 2: Acidente de disparo da bomba de circulação da água de arrefecimento de uma instalação química
  • Problema: O sistema de água de arrefecimento de uma fábrica de produtos químicos tinha um problema em que a bomba de circulação não só criava uma vibração dramática na tubagem, como também disparava frequentemente durante os cortes de energia de emergência e as falhas de energia súbitas.
  • Diagnóstico: A água de arrefecimento a alta velocidade fluía de volta rapidamente depois de a bomba parar. A válvula de retenção padrão original não conseguia amortecer o fluxo de forma eficaz, causando um forte golpe de aríete.
  • Solução: Foi instalada uma válvula de retenção de fecho lento na saída da bomba. Além disso, foi considerada a possibilidade de adicionar pequenos tanques de compensação em secções críticas da tubagem.
  • Resultado: Ao implementar as soluções acima, o problema do golpe de aríete após a paragem da bomba foi resolvido. Isto conduziu subsequentemente a questões relacionadas com o disparo, estabilizando os ciclos de produção.
• Caso 3: Rebentamento da rede municipal de abastecimento de água
  • Problema: Uma secção envelhecida da conduta de abastecimento de água municipal rebentou após o fecho súbito de uma válvula, levando a uma grande interrupção do serviço de água na zona.
  • Diagnóstico: A investigação revelou que a válvula se fechava demasiado depressa. Isto causou um enorme pico de pressão de golpe de aríete que excedeu instantaneamente a capacidade do tubo antigo.
  • Solução: Foram instaladas válvulas eléctricas de fecho lento em pontos-chave da rede. Foi também introduzido um sistema de monitorização remota para acompanhar as alterações de pressão em tempo real. Isto permitiu o ajuste remoto da válvula, se necessário. As secções de tubagens antigas foram também melhoradas em fases para melhorar a resistência global à pressão.
  • Resultado: Não foram registados mais incidentes de rebentamento de tubos devido a golpes de aríete. A estabilidade do abastecimento de água melhorou significativamente.

Estes casos demonstram que a gestão eficaz do efeito de golpe de aríete, quer através da adição de dispositivos simples quer através de melhorias no sistema, produz vantagens tangíveis.

Dicas de especialistas para a saúde do sistema a longo prazo

Para manter a saúde do sistema de tubagem, é necessária uma manutenção profissional consistente, semelhante a um ecossistema que necessita de equilíbrio.

• Inspeção e manutenção regulares: Verificar regularmente o estado das tubagens, válvulas, suportes e dispositivos de proteção contra golpes de aríete. Reparar rapidamente as peças soltas ou danificadas para manter todo o equipamento nas melhores condições de funcionamento.
• Foco na conceção do sistema: Ao construir ou atualizar sistemas de tubagens, inclua sempre a prevenção de golpes de aríete no projeto. Trabalhe com engenheiros profissionais para efetuar cálculos e simulações hidráulicas. Isto ajuda a prever e evitar potenciais riscos de golpe de aríete.
• Formação do pessoal e procedimentos operacionais: Formar o pessoal que opera os sistemas de tubagem sobre os perigos e a prevenção do golpe de aríete. Certifique-se de que seguem rigorosamente os procedimentos de funcionamento das válvulas.
• Considerar as propriedades do meio fluido: Os diferentes fluidos (como a água, o vapor, os óleos) têm densidades e viscosidades diferentes. Comportam-se de forma diferente quando circulam em tubagens. Escolha o equipamento e os métodos de prevenção corretos com base nas propriedades do fluido.
• Implementar uma monitorização inteligente: Considere a instalação de sensores de pressão e medidores de caudal para monitorizar o funcionamento da tubagem em tempo real. Utilize a análise de dados para prever potenciais eventos de golpe de aríete. Isto permite a manutenção preventiva e evita falhas súbitas.
• Escolha um fornecedor fiável: Confirme que o seu fornecedor de soluções de válvulas e automação possui experiência relevante no sector, tem uma base técnica bem fundamentada e salvaguardas pós-venda abrangentes. Por exemplo, a VINCER certifica-se de que os clientes não têm preocupações, desde a seleção até à utilização. Isto é possível através de uma força de trabalho de engenharia profissional, de uma resposta rápida (no prazo de 12 horas) e de uma assistência completa na pré-venda, na venda e na pós-venda, que ajuda a evitar problemas causados por produtos ou soluções incorrectas desde o início.

Conclusão

A prevenção do efeito de golpe de aríete - um dos problemas mais destrutivos nos sistemas de tubagem - é melhor conseguida com uma atenção abrangente aos pormenores. Compreender os golpes de aríete e diagnosticar com precisão as suas causas, bem como empregar métodos eficazes de prevenção de golpes de aríete, requer um conhecimento profundo da hidráulica e da natureza dos golpes de aríete. Os impactos dos golpes de aríete podem ser grandemente minimizados através da seleção, automatização e funcionamento adequados das válvulas. Isto permite que os sistemas de tubagem e a infraestrutura sejam fiáveis, eficazes e resistentes ao longo do tempo.

Nos sistemas de tubagem, os golpes de aríete sublinham o ditado "mais vale um grama de prevenção do que um quilo de cura". As medidas preventivas contra os golpes de aríete reforçam a integridade do sistema, optimizam o desempenho e proporcionam benefícios em cascata ao longo do tempo. A automatização de válvulas fornecida pela VINCER Automated Valves é uma solução inovadora, fiável e acessível. Permitimos um controlo global preciso dos fluidos com os nossos clientes para criar um futuro sustentável automatizado.