Resumo
Neste trabalho, mostrou-se a importância do controle da expulsão de ar por meio de válvulas ventosas. Como pano de fundo, fez-se breve exposição sobre válvulas ventosas e sobre transitórios hidráulicos. A adutora do estudo de caso é composta por tubos de PVC DN 200 mm e tem 1570,0 m de extensão. Simulou-se, computacionalmente, o transitório hidráulico nesta adutora devido ao desligamento repentino do sistema de bombeamento. Esse transitório gerou sobrepressões demasiadamente elevadas.
Nesse contexto, o uso de válvulas ventosas sem controle de expulsão de ar acarretou em pressões máximas até 80,8 mH2 O (44,8 mH2 O na média) maiores do que na situação sem instalação de válvulas ventosas. Duas maneiras para controlar a expulsão de ar foram sugeridas. Para uma dessas maneiras, propõe-se um dispositivo com placa de orifício. Com o controle da expulsão de ar, conseguiu-se obter pressões máximas abaixo dos limites definidos pelas características da adutora. Palavras-chave: Válvulas de ar. Transitórios hidráulicos. Adutoras. Simulação.
Introdução
Em sistemas de adução de água, os bolsões de ar podem ser responsáveis por transitórios hidráulicos perigosos (RAMEZANI et al., 2015). O ar desses bolsões tem duas origens principais: ar que sai da solução com a água transportada e ar externo que adentra na adutora.
O ar sai da solução com a água devido à queda de pressão a jusante de válvulas semiabertas, escoamento em cascata em tubos não completamente cheios, variação da velocidade do escoamento por causa de mudança de diâmetro ou de declividade, alterações no perfil da linha, variação de temperatura ou pressão (AWWA, 2016).
Quando, por causa de um transitório hidráulico, a pressão interna fica abaixo da pressão atmosférica, de acordo com Azevedo Netto (1971), o ar pode entrar das seguintes maneiras: por meio do poço de sucção, de reservatórios, quando houver bastante agitação ou nível baixo na tomada de água, de juntas de válvulas, de juntas de tubos.
Com o intuito de expulsar o ar, faz-se uso de válvulas ventosas. Segundo Koelle (2000), porém, válvulas de tríplice função sem controle de expulsão de ar não devem ser usadas para proteção do sistema contra transitórios hidráulicos. É comum que o rompimento de adutoras aconteça nas vizinhanças de válvulas ventosas sem controle de expulsão.
Tubos com grandes diâmetros merecem atenção especial, pois podem sofrer colapso se a pressão interna ficar muito reduzida. Para evitar pressões muito baixas, válvulas ventosas anti-ar/vácuo ou de tríplice função podem ser usadas. Dessa forma, admite-se ar para impedir o vácuo interno, formando, em consequência, um bolsão de ar que separa duas colunas líquidas. Assim que a pressão interna se restabelece, ultrapassando a pressão atmosférica, inicia-se a expulsão do ar, que termina quando as colunas líquidas se reencontram. A colisão entre as colunas líquidas, ou entre uma coluna líquida e a válvula ventosa, gera uma onda de sobrepressão que pode resultar em pressões além dos limites de resistência da adutora.
No processo de enchimento de uma adutora, segundo AWWA (2016), a velocidade do escoamento deve ser de no máximo 0,3 m/s, para que o golpe de aríete resultante não seja excessivo. De maneira análoga, deve-se limitar a velocidade de expulsão de bolsões de ar. Dessa forma, diminui-se a velocidade de aproximação das colunas líquidas na fase final da expulsão e, em consequência, a intensidade do golpe de aríete associado.
Autores: Elias Sebastião Amaral Tasca; Edevar Luvizotto Junior e José Gilberto Dalfré Filho.
