Golpe de aríete no sistema de abastecimento de água e aquecimento: causas + medidas preventivas

Um dos principais problemas na operação de sistemas autônomos de aquecimento e fornecimento de água é a variação de pressão. O golpe de aríete no sistema de abastecimento de água e aquecimento de água, decorrente dessa variação brusca, pode causar sérios danos. É preciso preveni-lo, concorda?

Explicaremos como prevenir o fenômeno e neutralizar seus efeitos negativos, garantindo a continuidade da operação dos circuitos. Você aprenderá aqui quais métodos são utilizados para eliminar o golpe de aríete em sistemas que transportam água para torneiras e aparelhos de aquecimento.

No artigo apresentado para leitura, a natureza do golpe de aríete é analisada em detalhes. São listadas as medidas preventivas que evitam a ocorrência da situação perigosa. Para uma compreensão visual do tema complexo, são fornecidos diagramas, ilustrações fotográficas e vídeos.

O que é golpe de aríete?

O golpe de aríete consiste em um aumento de pressão breve, mas significativo, em um sistema preenchido com líquido. Esse fenômeno ocorre no momento em que o fluxo de líquido colide com um obstáculo em seu caminho. Exemplos típicos de tais obstáculos incluem o fechamento brusco de válvulas de corte, a parada repentina de uma bomba, bolsas de ar, etc.

Ao colidir com um obstáculo, o fluxo de água continua por inércia na mesma velocidade em que se movia antes do obstáculo. As primeiras camadas em contato com o obstáculo são comprimidas na mesma velocidade devido à chegada das camadas seguintes.

Devido ao constante influxo de novas camadas do fluxo, a pressão aumenta rapidamente, e o líquido “procura” uma maneira de liberar parte dele para aliviá-la.

Uma situação semelhante ocorre quase sempre quando o fluxo é interrompido por uma válvula esfera ou registro. À primeira vista, o fenômeno pode parecer inofensivo. Por isso, muitos proprietários não lhe dão muita atenção.

Mas, na verdade, ao detectar sinais de um defeito iminente nos tubos e acessórios, vale a pena eliminá-lo o mais rápido possível. Afinal, devido ao golpe de aríete, surgem rachaduras e fissuras no sistema de aquecimento, além de danos aos equipamentos.

Este problema grave pode ser precedido por estalos e batidas, além de ruídos estranhos nos tubos de abastecimento de água, acompanhados por um 'rosnado' característico.

O estalo ocorre principalmente nos pontos onde tubos de maior diâmetro são conectados a conexões de menor seção. A água que passa ao longo das paredes internas encontra um obstáculo, ainda que imperfeito, mas ainda assim um obstáculo.

A ocorrência regular de golpe de aríete afeta negativamente o funcionamento do sistema, reduzindo significativamente sua vida útil.

Em situações de emergência causadas pelo efeito do golpe de aríete, podem ser afetados:

• equipamentos (a vedação das tubulações é comprometida e os dispositivos de aquecimento são danificados);
• bens (a água que vaza da rede danificada inundará a residência e danificará os móveis);
• moradores (se a falha ocorrer no sistema de aquecimento, há risco de queimaduras térmicas graves).

De acordo com dados estatísticos, a 'maior parte' das avarias em tubulações, cerca de 60%, ocorre devido ao golpe de aríete. Com mais frequência, as consequências negativas desse efeito podem ser observadas em tubos desgastados e corroídos.

As consequências dos golpes hidrodinâmicos regulares podem ser imprevisíveis, e a mais comum delas é o rompimento.

O maior incômodo que ele causa é em tubulações extensas, por exemplo, na instalação de «piso aquecido», pelos circuitos do qual circula um líquido aquecido a uma determinada temperatura.

O grau de dano depende muito do local onde ocorre o obstáculo: se for no início de uma tubulação extensa, a magnitude do aumento de pressão será pequena; se for no final, será significativamente maior.

Na maioria das vezes, o efeito se manifesta quando, na instalação do sistema de aquecimento, foram utilizados tubos de diferentes diâmetros. Se os tubos de «diâmetros variados» não forem unificados por meio de adaptadores a um denominador comum, o aumento de pressão no sistema de aquecimento é inevitável. Nesta situação, para proteger o sistema, o circuito é equipado com uma válvula especial – um termostato.

Causas da ocorrência do golpe de aríete

A natureza física desse fenômeno reside na perda total ou redução significativa da capacidade de vazão das tubulações, resultando no aumento da pressão do líquido no sistema.

Em casas onde as instalações de engenharia foram projetadas e construídas de forma inadequada, é comum ouvir nas tubulações batidas e estalos característicos.

Eles são uma manifestação externa do golpe de aríete e ocorrem quando, em um sistema fechado, a circulação do líquido cessa repentinamente e depois é retomada de forma igualmente abrupta.

Como obstáculos naturais das tubulações frequentemente atuam bolhas de ar, adaptadores de diâmetro maior para menor, ou válvulas de bloqueio instaladas.

Se um obstáculo surgir no caminho de um fluxo de água que se move a uma determinada velocidade, sua velocidade de deslocamento diminui, mas o volume continua aumentando. Sem encontrar saída, ele forma uma onda reversa que, ao colidir com a massa de água principal, aumenta a pressão no sistema. Às vezes, ela pode atingir o limite de 20 atm.

Devido à estanqueidade da tubulação, o volume acumulado não tem para onde ir, mas a energia poderosa ainda assim busca uma saída para o ambiente externo. A força do impacto resultante dessa colisão cria o perigo de ruptura do tubo, que não possui margem de segurança suficiente.

Por esta razão, para a instalação do sistema é necessário utilizar tubos de água e gás sem costura adaptados para redes hidráulicas, em conformidade com a GOST 3262-75, ou análogos em metal-plástico de pressão, produzidos de acordo com a GOST 18599.

Devido à ação permanente da energia da água, tanto a própria tubulação quanto os elementos rígidos do sistema começarão a se deteriorar gradual ou rapidamente.

Os principais fatores que provocam a ocorrência do golpe de aríete nas tubulações são:

• interrupções no funcionamento ou falha da bomba de circulação;
• presença de ar no circuito fechado do sistema;
• interrupções no fornecimento de energia elétrica;
• no fechamento repentino da válvula de bloqueio.

Um aumento temporário de pressão no circuito fechado devido ao bombeamento de líquido acima do normal pode ocorrer se, ao ligar a bomba, o impulsor começar a girar em alta rotação.

Ultimamente, na instalação de sistemas de aquecimento autônomos, em vez de válvulas e registros antigos, têm sido cada vez mais utilizadas válvulas esféricas, cujo design não permite um movimento suave.

Sua capacidade de produzir um efeito rápido tem o lado negativo, sendo uma das causas mais comuns de golpe de aríete.

Se, ao iniciar o sistema, o ar não for liberado, no momento da abertura da válvula esférica ocorre um choque entre o ar e o líquido praticamente incompressível

Em termos de segurança, as válvulas de parafuso são mais preferíveis, pois, devido ao desenroscamento gradual da bucha, proporcionam uma abertura/fechamento suave da válvula de bloqueio.

Uma situação semelhante ocorre quando o ar não é liberado do circuito antes de iniciar o sistema. No momento da abertura da válvula, a água colide com uma bolsa de ar, que, em um sistema fechado, funciona como uma espécie de amortecedor pneumático.

Como evitar o problema?

Reduzir a intensidade e neutralizar o efeito do excesso de pressão pode ser alcançado com uma proteção adequada do sistema de tubulações de abastecimento de água.

Os mecanismos de proteção para sistemas autônomos contra golpe de aríete, na maioria dos casos, visam suavizar a força do fluxo de massa de água

Para prevenir a criação de excesso de pressão, tanto de caráter pontual quanto permanente, seja em uma seção individual do circuito ou em todo o sistema, são aplicadas uma série de medidas principais.

Opção #1. Fechamento gradual do sistema

Este é um dos requisitos básicos para iniciar e desligar sistemas de tubulações, conforme claramente estabelecido em documentos normativos.

O fato é que a energia do golpe de aríete, devido à elasticidade das paredes do tubo, não atua com toda a sua força de uma só vez. Devido à compensação das deformações elásticas, ela é dividida em vários intervalos de tempo.

E, portanto, com a mesma força total do golpe, a potência do impacto em um determinado momento será significativamente reduzida. Através de uma ativação suave, é possível prolongar o processo de aumento de pressão ao longo do tempo, minimizando danos significativos ao sistema.

Ao escolher uma válvula de bloqueio, deve-se dar preferência a produtos que tenham um intervalo relativamente grande de fechamento de água

Torneiras, cujo design prevê um grande intervalo até o fechamento da água, são instaladas ainda na fase de montagem do equipamento.

Opção #2. Uso de dispositivos automáticos

A automação deve ser configurada para uma correção suave da pressão estática no sistema. A instalação de bombas com variação automática de rotação ou unidades com controle eletrônico, equipadas com conversores de frequência embutidos, ajuda a alcançar o efeito desejado.

O uso de sistemas automáticos permitirá controlar o fluxo de líquido, bem como ler as indicações de sua pressão na tubulação

Bombas equipadas com ajuste automático de rotação do motor elétrico são capazes de aumentar/reduzir suavemente a pressão no sistema. Enquanto isso, o software executa simultaneamente duas tarefas: monitora a mudança de pressão na tubulação de água e ajusta automaticamente a vazão.

Métodos de modernização abrangente do sistema

A modernização completa do sistema envolve a instalação de equipamentos destinados a neutralizar o impacto do excesso de pressão.

Método #1. Uso de compensadores e amortecedores

Amortecedores e acumuladores hidráulicos executam simultaneamente três funções: coletam líquido, eliminando seu excesso de volume do sistema, e também contribuem para a prevenção do fenômeno indesejado.

O dispositivo de compensação, cujo papel é desempenhado pelo acumulador hidráulico, é instalado no sentido do fluxo de água nos trechos do circuito de aquecimento onde há alta probabilidade de flutuações de pressão no sistema.

O acumulador hidráulico ou amortecedor consiste em um frasco de aço com capacidade de até 30 litros, incluindo duas seções separadas por uma membrana de borracha ou de caucho.

Quando ocorre pressão excessiva no sistema, a coluna de água da primeira seção começa a pressionar a membrana separadora, fazendo com que ela se curve em direção à câmara de ar.

Com o aumento da pressão, os golpes de aríete são «descarregados» no reservatório. O efeito de aumento artificial do volume do circuito é alcançado pelo encurvamento da membrana de borracha em direção à câmara de ar no momento da elevação da coluna de água.

Como dispositivos amortecedores, são utilizados tubos feitos de borracha armada resistente ao calor ou plástico elástico.

O material elástico dos dispositivos amortecedores absorve espontaneamente a energia do golpe de aríete no ponto onde a pressão atingiu o valor crítico

Para obter o efeito desejado, basta usar um produto com 20-30 cm de comprimento. Se a tubulação for muito extensa, o trecho do amortecedor é aumentado em mais 10 cm.

Método #2. Instalação de válvula de proteção do tipo diafragma

A válvula de segurança do tipo diafragma é colocada em um desvio da tubulação próximo à bomba, para liberar uma quantidade determinada de água em caso de excesso de pressão.

A válvula de segurança equipada com um vedante rígido, que realiza a função de alívio rápido de pressão, é um dispositivo de proteção confiável para sistemas autônomos

Dependendo do fabricante e do tipo de modelo, a válvula de segurança é acionada por meio de um comando elétrico do controlador ou por meio de um dispositivo piloto de ação rápida.

O dispositivo é ativado quando a pressão excede o nível seguro, protegendo a estação de bombeamento durante uma parada repentina do equipamento. No momento de um pico perigoso de pressão, ele se abre completamente e, quando a pressão cai ao nível normal, o regulador fecha lentamente.

Método #3. Equipamento da válvula termorreguladora com shunt

O shunt consiste em um tubo estreito com abertura de 0,2-0,4 mm, que é instalado na direção da circulação do fluido de transferência de calor. A principal função do elemento é reduzir gradualmente a pressão.

Um tubo estreito, cuja faixa de seção transversal não excede 0,2-0,4 mm, é colocado no lado por onde o líquido entra no termostato.

O método de desvio é utilizado na instalação de sistemas autônomos, cuja tubulação é composta apenas por tubos novos. Isso se deve ao fato de que a presença de ferrugem e sedimentos em tubos antigos pode anular a eficácia do desvio. Por esse motivo, ao usar um desvio na entrada do circuito de aquecimento, recomenda-se instalar filtros de água eficientes.

Método #4. Uso de termostato com superproteção

É uma espécie de fusível que monitora a pressão no sistema e impede seu funcionamento quando o indicador atinge um nível crítico. O dispositivo possui um mecanismo de mola localizado entre a cabeça térmica e a válvula. O mecanismo de mola é acionado em caso de pressão excessiva, impedindo que a válvula feche completamente.

Esses termostatos são instalados estritamente de acordo com a direção indicada no corpo.

Realização de trabalhos preventivos

Além da observância rigorosa das regras de operação das tubulações, a realização oportuna de medidas preventivas ajuda a evitar acidentes. Afinal, todos os processos no sistema de abastecimento de água ou no circuito de aquecimento estão interligados. E o golpe de aríete é apenas a «gota» destrutiva final, capaz de levar a consequências negativas devido ao estado técnico insatisfatório do encanamento.

As vibrações da tubulação e as variações de pressão contribuem para a formação de microfissuras na estrutura do metal. Os defeitos formados ao longo do tempo, quando ocorre um golpe de aríete, manifestam-se instantaneamente em áreas de alta tensão interna: conexões mecânicas, curvas e soldas.

A prevenção consiste no balanceamento do sistema de aquecimento, que é realizado após a conclusão da instalação ou reparo do aquecimento em uma casa particular

Conjunto principal de trabalhos realizados na prevenção:

• verificação do funcionamento do grupo de segurança: válvula de segurança, purgador de ar e manômetro;
• verificação periódica da pressão atrás da membrana do tanque de expansão e, se forem encontrados resultados insatisfatórios, seu ajuste;
• teste do sistema quanto a vazamentos e verificação do grau de desgaste dos tubos;
• monitoramento da posição das válvulas de fechamento e regulagem quanto a vazamentos;
• verificação regular do estado dos filtros, que retêm incrustações, areia e partículas de ferrugem, se necessário – limpeza e lavagem dos elementos;

A prevenção destinada a manter o bom estado do sistema de abastecimento de água e do sistema de aquecimento inclui tipos simples de trabalho. Mas não se deve ignorá-los. Afinal, isso pode levar a gastos significativos de dinheiro e tempo na realização de reparos completos.

As medidas de proteção listadas são mais eficazes quando aplicadas em conjunto. Mas, graças a uma abordagem abrangente para resolver o problema, você conseguirá neutralizar as consequências negativas e, assim, prolongar a vida útil do sistema.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Golpe de aríete, como ocorre:

Vídeo #2. Teste de eficácia da aplicação do amortecedor:

O golpe de aríete no sistema de abastecimento de água é um fenômeno comum, capaz de causar sérios danos. E sua tarefa é resolver o problema o mais rápido possível. Afinal, se a situação se repetir, os elementos do sistema logo falharão. E o reparo depois disso será muito mais caro.

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