O golpe de aríete ocorre quanto a água, acelerada pela pressão do vapor ou por vácuo de baixa pressão, é interrompida repentinamente pelo impacto em uma válvula ou conexão, como uma curva ou em "T", ou na superfície de um tubo. As velocidades da água podem ser muito maiores do que a velocidade normal do vapor na tubulação, especialmente quando o golpe de aríete está ocorrendo na partida do sistema. Quando essas velocidades são destruídas pelo impacto, a energia cinética da água é convertida em energia de pressão e um choque de pressão é aplicado à obstrução.
Em casos leves, há ruído e talvez movimento da tubulação. Casos mais graves levam à fratura da tubulação ou conexões com efeito quase explosivo e consequente escape de vapor vivo na fratura. Rompimento de tubulações ou componentes do sistema de vapor, pode impulsionar fragmentos que podem causar ferimentos ou morte.
Nos sistemas de vapor, existem dois tipos de golpe de aríete - devido ao fluxo de vapor e a formação de condensado. Golpe de aríete causado por fluxo de vapor é um evento de impacto, em que um jato de água em movimento rápido atinge um objeto estacionário. A troca de momento cria uma pressão elevada na área de impacto.
Por sua vez, o golpe de aríete causado por formação de condensado é o mais poderoso dos dois tipos. É um evento de condensação rápida que ocorre quando uma bolsa de vapor, estando totalmente evolvida pelo condensado do refrigerador, colapsa para o estado líquido. Dependendo das pressões e temperaturas envolvidas, a redução no volume pode ser na faixa de 1:100 ou 1:1000, e o vácuo de baixa pressão resultante permite que o condensado pressurizado circundante entre, resultando em uma colisão tremenda. Isso, por sua vez, gera uma sobre pressurização severa que pode facilmente exceder 60 bar. Juntas, conexões e válvulas - virtualmente qualquer componente da tubulação, são suscetíveis a falhas, muitas vezes com consequências trágicas.
Os locais que podemos verificar estes efeitos são - redes de vapor, traço de vapor e linhas de aquecimento.
Causas do Golpe de Aríete em sistemas de vapor
O acúmulo de condensado é comum em ambos os tipos de golpe de aríete. Isso pode ser causado por resíduos da caldeira que alimentam grandes quantidades de água na tubulação de vapor, sobrecarregando os purgadores de vapor. Ou o refluxo do condensado principal pode ser conduzido pela pressão do desaerador e talvez vapor flash por meio de purgadores com defeito ou válvulas de retenção. Mesmo a capacidade reduzida do purgador, causada por condições de baixa pressão na linha principal de vapor, pode resultar em um retorno na rede de condensado.
Um elemento necessário para o golpe de aríete em linhas de vapor é a relação de seu fluxo, geralmente de algum tipo de carga de vapor próximo, produzindo a força que impulsiona a poça.
Para golpes de aríete induzido por condensação, os elementos necessários são:
- Condensação de vapor, a qual forma uma poça de condensando
- Uma queda de pressão (possivelmente combinada com a abertura de uma válvula de controle), a qual pode levar à criação de um vácuo
Reduzindo os riscos
A ocorrência de Golpes de Aríete pode ser reduzida ou evitada, abordando os seguintes tópicos:
1.Drenagem - Evite a ocorrência de golpe de aríete completamente, tomando medidas para garantir que a água (condensado) seja drenada antes de se acumular em quantidades suficientes para ser captada pelo vapor. A utilização de componentes adequados e corretamente dimensionados, promovem a drenagem adequada do sistema.
2.Qualidade do vapor - melhore a qualidade do vapor, mantendo o vapor o mais seco possível o tempo todo. Instale estações de condicionamento de vapor antes dos medidores e quaisquer outros componentes críticos do sistema de vapor.
3.Velocidade do vapor - Não permita que as velocidades do vapor se tornem excessivas, como resultado de modificações no projeto. Quanto maior a velocidade, maior a força de impacto durante um evento empuxo.
4.Caldeira e abastecimento de vapor - Em sistemas maiores, considere a instalação de uma válvula automática na linha de abastecimento de vapor, disposta de forma que a válvula permaneça fechada até que a pressão de ajusta seja atingida na caldeira. A válvula pode então ser ajustada para abrir gradualmente, permitindo que o fluxo, a temperatura e a pressão no sistema de distribuição atinjam o equilíbrio lentamente. Instale uma válvula de controle de contrapressão na tubulação de vapor para evitar que a pressão dentro da própria caldeira seja drenada devido a algum tipo de condição alterada.
5.Purgadores de vapor - Certifique-se de que os purgadores de vapor usados são do tipo e capacidade corretos. O tipo pode depender dos métodos de partida usados. Se os procedimentos operacionais mudarem, diferentes tipos de purgadores podem ser necessários.
- Verifique os purgadores regularmente e faça uma manutenção adequada.
- Nunca opere abaixo de um diferencial mínimo de pressão.
- Utilize as válvulas principais de isolamento de vapor com um purgador, para permitir a drenagem do condensado que pode se formar enquanto a válvula está fechada.
- Projete a tubulação da unidade de destino para incluir sistemas de desvio que permitem aquecimento e pressurização graduais na partida.
6.Tubulação - Corrija quaisquer ocorrências de imperfeições e/ou falta de isolação, umidade ou danos da tubulação que podem causar o acúmulo de condensado e exceder as capacidades dos purgadores de vapor.
7.Serpentinas de aquecimento de ar - Essas unidades devem acomodar a remoção de condensado e a ventilação de ar para evitar o golpe de aríete. Serpentinas horizontais, os tubos não devem ser horizontais, mas devem ter uma ligeira queda da entrada para saída, para que o condensado não se acumule em poças, mas seja drenado naturalmente. As entradas de vapor para coletores horizontais, podem estar em uma extremidade ou no comprimento médio, mas com coletores verticais, as entradas centrais tornam mais difícil garantir que o ar seja empurrado dos tubos superiores; o vapor tende a ficar travado entre esses tubos e o coletor de condensado. A ventilação automática do coletor de condensado superior dessas serpentinas é essencial. Com outros layouts, uma avaliação deve ser feita na parte mais provável da unidade de ocorrer acúmulo de ar e gases não condensados, pois necessitam ser coletados. Se estiverem no ponto de drenagem de condensado natural, o purgador deve ter capacidade superior de ventilação de ar. O modelo boia flutuante é a primeira escolha. Um sistema de quebra de vácuo deve ser instalado na tubulação de alimentação de vapor, entre a válvula de controle de temperatura e a entrada da serpentina.
Evitando golpes de aríete na prática
O golpe de aríete também pode ser evitado prevenindo ou resolvendo certos problemas operacionais:
1.Mistura perigosa - O vapor de alta pressão em contato com condensado sub-resfriado é uma mistura instável e potencialmente explosiva.
2.Condensado resfriado - Não permita que o vapor seja admitido em uma linha que seja suspeita de conter condensado sub-resfriado.
3.Caldeiras - Certifique-se de que as caldeiras funcionam corretamente em todas as condições de carga, sem formação de espuma ou respingos.
4.Pressão do vapor - Tenha cuidado quando a pressão na tubulação do vapor for baixa ou próxima a zero. Por causa da elevação de pressão após os purgadores de vapor, ocorrerá acúmulo de condensado mesmo com alguma pressão na tubulação de vapor. Seja especialmente cuidadoso durante a partida, quando a caldeira for desligada e as cargas do processo sobrecarregarem a capacidade de vapor.
5.Partida e desligamento - Essas são operações críticas. Nunca permita que um sistema de vapor desligue e reinicie sem o envolvimento do operador. Em sistemas maiores, use um procedimento de partida supervisionado. Abra as válvulas de drenagem manual, como as localizadas na parte inferior dos coletores de gotejamento ou as válvulas de purga dos filtros até a tubulação de vapor tenha pressão suficiente para que os purgadores assumam o controle. Exceto nas menores instalações, o fluxo de vapor da caldeira para os tubos frios na partida, enquanto a pressão da caldeira ainda é mínima, levará a um transporte excessivo de água da caldeira com o vapor. Essa passagem pode ser suficiente para sobrecarregar os separadores na decolagem do vapor, onde estes estão instalados.
6.Purgadores de vapor com defeito - Se for descoberto que um purgador de vapor falhou no fechamento, coloque temporariamente a válvula de purga do filtro parcialmente aberta para permitir que o condensado vaze. Se houver falha na abertura de um purgador, ele não deve ser fechado com a válvula - isso permitiria que condensado se acumulasse na tubulação de vapor. Certifique-se de implementar um programa de teste regular dos purgadores para manter o mais elevado nível de desempenho.
7.Operação da serpentina de aquecimento de ar – O travamento é a causa mais comum de problemas em serpentinas de aquecimento. A paralisação ocorre quando a pressão dentro do espaço de vapor cai sob condições de carga parcial. Se a pressão cair a um nível em que o fluxo de condensado pare de fluir nos purgadores, o sistema “para”. À medida que o condensado retorna para a serpentina, começam os problemas de alagamento, golpes, sobreposição de temperatura, corrosão e congelamento. Uma serpentina alagada deve drenar-se gradualmente livremente para um purgador a jusante e, a partir do purgador, por gravidade para o receptor ventilado e a bomba de retorno. Se isso não acontecer, suspeite de um mal funcionamento ou quebra de vácuo na serpentina. Uma estratégia melhor é usar um purgador tipo bomba automático, uma tecnologia que combina os benefícios de um purgador de flutuação com os de uma bomba movida a pressão para garantir uma drenagem eficaz do condensado, independente da pressão.
Henrique Vieira Gonçalves - henrique.vieira@br.gestra.com/ +55 11 972-044-107
