Golpe de aríete em sistemas fechados de tubulações: causas, efeitos e soluções

O que é golpe de aríete?

O golpe de aríete é um aumento repentino de pressão em uma tubulação que é causado por mudanças rápidas na velocidade de vazão. Este fenômeno ocorre quando um líquido que flui dentro de um sistema fechado é forçado a parar ou a mudar de direção abruptamente. O golpe de aríete afeta todo o sistema e se multiplica, causando o aumento de pressão acima do limite permitido para os componentes. Além disso, a velocidade da vazão aumenta muito e, em condições desfavoráveis, pode atingir até 1.200 m/s. 

O golpe de aríete ocorre não apenas com água, mas também com gases ou outros fluidos incompressíveis (os que não alteram significativamente sua densidade mesmo sob pressão). O golpe de aríete é frequentemente acompanhado por vibrações ou sons de golpes e batidas que se repetem antes da liberação da pressão. Isso deu origem ao nome "golpe de aríete".

Embora seja possível ouvir claramente as batidas, é difícil medir a pressão, já que ela aumenta e se dissipa em um período extremamente curto de apenas alguns milissegundos. Muitas vezes, os dispositivos de medição eletrônicos não conseguem realizar as medições, já que a pressão do golpe de aríete ultrapassa o valor máximo de medição.

Causas do golpe de aríete

O golpe de aríete pode ter várias causas, por exemplo, abertura e fechamento rápidos de válvulas, acionamento ou desligamento rápido de bombas, fechamento rápido de válvulas de retenção e interrupções repentinas de energia. Ele também pode ser causado pela separação da coluna de água ou tampões de pressão.

Porém, o design também influencia as ocorrências do golpe de aríete. O risco é particularmente elevado em sistemas com variação grande de altura porque são necessárias pressões mais elevadas para superar essas variações de altura.

Projetos de sistemas que interrompem o fluxo consistente também apresentam um risco elevado. Por isso, as curvas e fortes variações de pressão devem ser evitadas sempre que possível.

Efeitos diretos do golpe de aríete

O golpe de aríete pode causar sérios danos:

• Vazamentos nos componentes.
• Deformação ou destruição do assento da válvula.
• Deformação das seções de válvulas de retenção.
• Quebra ou entortamento dos eixos da bomba.
• Desgaste prematuro de vedações e Orings.
• Rodas quebradas.
• Vazamento ou rompimento de tubulações.

Possíveis consequências a longo prazo para sistemas de tubulação

Além de danificar instrumentos e componentes individuais, o golpe de aríete muitas vezes afeta negativamente a vida útil de todo o sistema. À medida que a intensidade do golpe de aríete, aumenta, o perigo se torna cada vez maior. Os vazamentos nas tubulações ocorrem com frequência, o que significa que o sistema não funcionará mais eficientemente à longo prazo, resultando na perda do fluido ou do produto. 

Como evitar o golpe de aríete

Seleção correta de válvulas na fase de planejamento

Idealmente, o sistema deve ser planejado desde o início de forma que minimize o risco de golpe de aríete. Nesse processo, a seleção de válvulas adequadas desempenha um papel fundamental. Durante a fase de planejamento, os usuários devem selecionar válvulas de alta qualidade que contam com as funcionalidades necessárias para evitar a ocorrência de golpes de aríete desde o início. As válvulas com controle pneumático ou elétrico estão disponíveis nessas variantes. Também é possível usar as válvulas com acionamento manual. Segue um breve resumo de requisitos que as válvulas devem atender.

Válvulas de processo com acionamento pneumático e com tempo de abertura ou fechamento ajustável

As válvulas de processo com acionamento pneumático incluem válvulas de castelo (também conhecidas como válvulas em Y) e válvulas de passagem (também conhecidas como válvulas de cabeça reta). É importante que as válvulas sejam configuradas de forma que fechem na direção contrária ao fluxo do líquido. Assim, a função de fechamento ficará alinhada com a inércia do fluido, evitando os picos de pressão naturalmente. Tanto as válvulas com retorno por mola quanto as de dupla ação podem ser configuradas dessa maneira.

Válvulas eletromotorizadas

As válvulas eletromotorizadas, bem como as válvulas de processo com acionamento pneumático, também estão disponíveis nas variantes de corpo adequadas, ou seja, como válvulas de castelo ou válvulas de cabeça reta. As válvulas motorizadas Bürkert contam com as seguintes características que têm efeito positivo no golpe de aríete:

• seção de acionamento rígida, não reativa e independente da pressão do meio. Dessa forma, as oscilações ou impactos de pressão no fluido não afetam a posição da válvula. Nesse sentido, recomendamos o uso das válvulas compactas (Tipo 3280/3281/3285). 
• Em comparação com válvulas de processo com acionamento pneumático, o mecanismo mecânico específico da válvula não requer rolamentos de mola e oferece alto nível de estabilidade no caso de choques e vibrações.
• A velocidade de operação das válvulas motorizadas Bürkert pode ser ajustada com precisão por meio de uma função de software. Isso significa que é possível abrir ou fechar as válvulas lentamente, sem aumentar desnecessariamente a pressão no sistema, o que reduz ao mínimo os efeitos associados.

Válvula de diafragma de 2/2 vias eletromotrizada (abrir/fechar)

Tipo 3323

• Posição de segurança por meio de um acumulador de energia
• Força de acionamento ajustável
• Funções de diagnóstico e integração de barramento de campo
• Superfícies em contato com o produto com Ra ≤0,38 µm…1,6 µm (opcionalmente eletropolido)
• Disponível com um diâmetro nominal DN 06…DN 100

Válvulas diafragma

Especialmente no setor de produção farmacêutica e biotecnológica, podem ser usadas válvulas diafragma eletromotorizadas ou pneumáticas. Ao contrário das válvulas de sede, este tipo de válvula pode ser usado independentemente da direção do fluxo, mas seu projeto deve atender aos mesmos critérios (valor Cv, pressão máxima, etc.) que as válvulas de sede atendem. Para válvulas diafragma, é preciso notar que os golpes de aríete podem causar um breve vazamento para fora (não apenas através da ponte), que inicialmente só se torna aparente durante o breve momento do golpe de aríete. Se a membrana não estiver danificada, a válvula pode, idealmente, continuar a desempenhar sua função normalmente.  

Válvula diafragma de 2/2 vias com acionamento pneumático em aço inoxidável (tipo ELEMENT) para automação decentralizada

Tipo 2103

• Caixas de válvulas e membrana disponíveis em diversos materiais e versões
• Superfícies em contato com o produto com Ra ≤ 0,38 µm - 1,6 µm (opcionalmente eletropolido)
• Disponível em todos os tamanhos e variantes de conexão

Opções de otimização dos sistemas existentes

Nos sistemas existentes, vários pontos podem ser abordados com intuito de reduzir o risco de golpe de aríete. Esse tipo de projeto de adaptação do sistema completo só deve ser desenvolvido por um engenheiro de processo que conheça bem o processo como um todo. 

As seguintes medidas podem ser implementadas:

• Substituição de válvulas individuais por válvulas com tempos de abertura e fechamento ajustáveis.
• Instalação de redutores e estágios na tubulação que reduzem a vazão de fluido que passa pela válvula e possibilitam o fechamento mais lento das válvulas. 
• Redução da velocidade de fechamento das válvulas de processo pneumáticas, por meio de redução da ventilação pneumática do acionamento pneumático. 
• Utilização de acionamentos com motor elétrico e ajuste de tempos de abertura e fechamento.
• Limitação da mudança de velocidade no sistema.
• Uso de acionamentos de dupla ação com acionamento adequado.

Conclusão

O golpe de aríete é um problema sério em sistemas de tubulação, que pode danificar instrumentos e tubulações do sistema. Seleção correta das válvulas, ajuste da velocidade de fechamento, instalação de redutores ou válvulas de retenção e outros ajustes no sistema realizados por profissionais experientes podem evitar o golpe de aríete na maioria dos casos.

Você queria resolver ou evitar os problemas com golpe de aríete?

Os especialistas em fluidos da Bürkert oferecem consultoria na fase de planejamento e podem ajudar na seleção dos componentes adequados.

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