Por que usar a válvula ventosa em aplicações de água e efluentes

Todos os sistemas de abastecimento de água consistem em tubulações que conduzem a água de sua fonte ao seu destino. Nesse processo, bolsões de ar aprisionado podem se formar nas tubulações. Bolsões de gases de ar e águas residuais são difíceis de detectar e reduzirão a eficiência geral do sistema de tubulação. Os bolsões de ar também podem causar problemas de golpe de aríete, interrupção total do fluxo, estouro de tubos, ruído do sistema e corrosão do tubo. O ar na tubulação também pode causar operação instável de válvulas de controle, medidores e equipamentos. Para garantir uma operação segura e eficiente, é fundamental remover continuamente o ar e os gases de águas residuais do sistema de água.

Por que o ar aparece nos dutos

O ar dissolvido existe em todos os sistemas de transmissão de fluidos. As principais fontes são:

- Preenchimento incompleto da linha que deixa bolsas de ar nos picos da tubulação 
- Ar dissolvido liberado do fluido quando a pressão cai e/ou a temperatura aumenta
- Ar sugado para dentro do sistema através de aberturas em, por exemplo, juntas, quebras/explosões e acessórios

Se o volume do bolsão de gás de ar e esgoto atingir um determinado tamanho, o que ocorre especialmente em picos de dutos onde os bolsões de ar se acumulam naturalmente, ocorre uma restrição do fluxo que produz perda de carga desnecessária, arriscando a parada completa do fluxo de água.

Por que o vácuo ocorre nas tubulações

O vácuo pode ocorrer nas tubulações devido à falta de ar no sistema, causando sérios problemas irreversíveis. Foi comprovado que as pressões negativas deixadas sem controle causam: 

- Danos na tubulação causando sucção de contaminantes, lama e sujeira através de conexões defeituosas, rachaduras em tubulações e acessórios
- Vida útil reduzida da tubulação devido às pressões positivas e negativas que atuam na parede do tubo. Isso pode resultar em carga de fadiga que enfraquecerá e eventualmente causará falha na parede do tubo. Isso é especialmente importante em tubulações antigas, onde a degradação do material é provável
- Em casos extremos, até o colapso do tubo.

Três problemas devem coexistir para que a entrada de contaminantes ocorra nos sistemas de distribuição de água:

1) A existência de uma fonte contaminante externa ao tubo de distribuição (por exemplo, água subterrânea contaminada)
2) Um caminho que fornece uma rota para dentro do sistema (falha nas juntas do tubo ou vazamentos)
3) Uma força motriz (pressão negativa dentro do duto)

Uma solução para evitar a contaminação é, portanto, remover um dos três problemas: a força motriz. As válvulas ventosas são a ferramenta mais eficiente e econômica para conseguir isso e, ao instalar e manter um sistema com válvulas ventosas, a pressão negativa é gerenciada e removida da equação, permitindo que até mesmo uma rede envelhecida permaneça protegida da contaminação do solo.

O vácuo em um sistema de tubulação pressurizada pode, portanto, ser causado por válvulas ventosas ineficientes que não reagem às condições hidráulicas, válvulas ventosas falhando devido à falta de manutenção e válvulas ventosas ausentes da tubulação.

As válvulas ventosas são frequentemente associadas à liberação de ar do sistema e, portanto, comumente conhecidas como válvulas de liberação de ar. No entanto, esse nome é enganoso, pois sua função de introduzir ar no sistema para evitar o vácuo é igualmente importante.

A função das válvulas ventosas

As válvulas ventosas são dispositivos hidromecânicos com um mecanismo de flutuação interno projetado para liberar ar aprisionado e gases de águas residuais durante o enchimento e a operação de um sistema de tubulação.

Eles também garantem a entrada de ar durante a drenagem para manter uma pressão positiva. Isso é importante porque a pressão negativa causa vácuo que pode resultar no colapso do tubo e na introdução de contaminantes no sistema.

Portanto, as válvulas ventosas fornecem proteção contrapressões transitórias e ar aprisionado em tubulações, que são as principais causas de ruptura, colapso e fratura de tubulações.

Com o uso correto das válvulas ventosa, você conseguirá:

- Consumo de energia e custos de operação reduzidos
- Perda de pressão reduzida 
- Atrasos reduzidos ao encher o sistema de tubulação
- Risco reduzido de golpe de aríete
- Redução de falhas ou imprecisões na medição de vazão
- Corrosão reduzida
- Risco reduzido de contaminação
- Risco reduzido de ruptura e colapso do tubo
- Custos reduzidos para substituição
- Depreciação reduzida devido ao aumento da vida útil da rede
- Capacidade de bomba necessária reduzida devido à menor perda de carga

Três tipos principais de válvulas ventosas

Existem três tipos de válvulas de ar instaladas em sistemas de água: válvulas de ar automáticas, válvulas de ar e vácuo e válvulas de ar combinadas. 

As válvulas ventosas automáticas liberam continuamente volumes relativamente pequenos de ar de uma linha pressurizada. As válvulas ventosas automáticas também são conhecidas como válvulas ventosas de pequeno orifício e válvulas ventosas de pressão.
Válvulas ventosas quebra vácuo descarregam grandes volumes de ar ao encher uma tubulação. As válvulas ventosas e vácuo permitem admitir grandes volumes de ar quando as linhas são drenadas ou quando a pressão cai repentinamente abaixo da pressão atmosférica. As válvulas ventosas quebra vácuo também são conhecidas como válvulas ventosas cinéticas, válvulas ventosas de orifício grande, quebra-vácuo, válvulas ventosas de baixa pressão, válvulas de alívio de ar e válvulas ventosas de ação simples.
As válvulas ventosas combinadas combinam a função de válvulas ventosas automáticas e válvulas ventosa quebra vácuo. A função de liberação automática de ar libera o ar acumulado do sistema enquanto ele está sob pressão, e a função de ar e vácuo descarrega e admite grandes volumes de ar durante o enchimento ou drenagem de tubulações. As válvulas ventosas combinadas também são conhecidas como válvulas ventosa de orifício duplo, válvulas ventosas de ação dupla.

Dimensionamento e localização de válvulas ventosas

As válvulas ventosas são dimensionadas para uma instalação específica com considerações de fluxo, localização e seu desempenho. Assim, o DN da válvula é igual ao DN do tubo no qual está instalada. O tamanho e a localização da válvula para um projeto específico são definidos por meio de programas de cálculo avançados que fornecem análises como análise de taxa de enchimento, análise de drenagem, análise de ruptura, análise de separação de coluna de água e análise de economia de energia.

A principal função de uma válvula ventosa é liberar bolsas de ar indesejadas de uma tubulação, mas ela só funciona de forma eficaz quando instalada corretamente. A localização adequada da pode melhorar significativamente o desempenho do fluxo de água. Portanto, as válvulas devem ser instaladas nos pontos onde a tubulação é mais suscetível a condições de vácuo. Em geral, a instalação ideal é no pico da tubulação e a válvula sempre deve ser instalada verticalmente.

Antes da instalação de uma válvula ventosa, o local deve ser considerado para que a válvula fique protegida contra congelamento, poluição e inundação. A válvula deve ser facilmente acessível para permitir manutenção, operação e inspeção.

Colocação recomendada de válvulas ventosas

(Fonte: 3. American Water Works Association, AWWA M11 "Steel Pipe: A Guide for Design & Installation"; 3ª ed., 1989, pp. 98 a 99.)

- Pontos altos: válvula ventosa combinada
- Linhas horizontais longas: liberação de ar ou válvulas combinadas em intervalos de 380 metros a 760 metros
- Descidas longas: combinação de válvulas ventosas em intervalos de 380 metros a 760 metros
- Subidas longas: válvulas ventosas/quebra vácuo em intervalos de 380 metros a 760 metros
- Diminuição em subida: válvula ventosas/quebra vácuo
- Aumento em declive: válvula ventosa combinada

Em trechos horizontais muito longos, válvulas de liberação de ar e válvulas ventosas combinadas devem ser usadas alternadamente ao longo da tubulação. Observe que as válvulas ventosas combinadas podem ser usadas em qualquer local em vez de válvulas de liberação de ar ou de quebra vácuo para fornecer maior capacidade de liberação de ar na tubulação.