Os golpes de aríete
Aquando da conceção de uma rede, os riscos eventuais de golpes de aríete devem ser estudados e quantificados, para implementar as proteções necessárias, nomeadamente no caso de condutas elevatórias. Quando os dispositivos de proteção não forem previstos, as tubagens em ferro fundido dúctil têm uma margem de segurança frequentemente útil face às sobrepressões acidentais.
Origens
Quando se modifica brutalmente a velocidade de um fluido em escoamento numa tubagem, produz-se uma violenta mudança de pressão. Este fenómeno transitório, chamado golpe de aríete, aparece geralmente aquando de uma intervenção num aparelho adjacente à rede (bombas, válvulas...). Ondas de sobrepressão e de depressão propagam-se ao longo da tubagem a uma velocidade “a” chamada celeridade da onda.
Os golpes de aríete podem ocorrer tanto nas condutas graviticas como nas elevatórias. São devidos a quatro causas principais:
- O arranque e a paragem das bombas,
- O fecho de válvulas, hidrantes, aparelhos de incêndio ou de lavagem,
- A presença de ar,
- A má utilização dos aparelhos de proteção.
Consequências
As sobrepressões podem levar, em casos críticos, à rutura de certas tubagens sem coeficientes de segurança suficientes. As depressões podem criar fenômemos de cavitação perigosos para as tubagens e para e os equipamentos hidraulicos.
Avaliação completa
O método gráfico de BERGERON permite determinar com precisão as pressões e débitos em função do tempo em todos os pontos de uma tubagem submetida a um golpe de aríete. Existem hoje softwares adequados à resolução destes problemas complexos.
Prevenção
As proteções a implementar para limitar um golpe de aríete num valor admissível são diversas e adaptadas a cada caso. Agem ou ao abrandar a modificação da velocidade do fluido, ou ao limitar a sobrepressão em relação à depressão. O utilizador deve determinar o valor de sobrepressão e de depressão criado pelo golpe de aríete, e avaliar, segundo o perfil da tubagem, o tipo de proteção a adotar:
– Volante de inércia na bomba,
– Válvula de descarga,
– Balão de ar ou ARAA (com regulação de ar automática),
– Aspiração auxiliar,
– Chaminé de equilíbrio.
O balão anti-aríete é de uso corrente. Tem duas funções:
– Limitar a sobrepressão (perda de carga controlada por um obturador)
– Evitar a cavitação (descarga do balão).
Em caso de paragem brusca de uma bomba, a depressão é compensada por um débito fornecido pela descarga do balão. Aquando da inversão do fluxo de água, a energia da massa de água é transformada em perdas de carga por enchimento do balão através do obturador calibrado. O perfil da tubagem é determinante para o dimensionamento do balão. Na prática, a curva de depressão mínima (resultante após proteção) não deve descer abaixo do perfil real da tubagem em mais de cinco metros. Os gráficos de PUECH e MEUNIER ou software apropriado permitem determinar o volume dos balões de proteção.
Além disso, as tubagens em ferro fundido dúctil têm uma margem de segurança importante:
– Em sobrepressão: a PAM autoriza uma ultrapassagem de 20 % da Pressão de Funcionamento Admissível para as sobrepressões transitórias;
– Em depressão: a junta garante a estanqueidade em relação ao exterior, mesmo em caso de vazio parcial da tubagem.