Seleção de válvulas de retenção sem batente para condutas ascendentes de bombas

As válvulas de retenção de oscilação padrão falham nas condutas ascendentes da bomba porque fecham demasiado tarde. À medida que a bomba desacelera após um disparo, o fluxo na tubagem ascendente abranda e depois inverte. Um disco de retenção oscilante move-se com o fluxo inverso, acelerando antes de bater na sede a alta velocidade. O transiente de pressão resultante pode ser muitas vezes superior à pressão de trabalho em estado estacionário e pode fraturar as juntas da tubagem, partir os acessórios e danificar a própria válvula de retenção. A resposta correta é uma válvula que fecha antes de se ter desenvolvido um fluxo inverso significativo.

Como ocorre o slam

Quando o caudal da bomba diminui, a coluna de água na conduta ascendente continua a desacelerar devido à gravidade e à fricção. No período entre o disparo da bomba e o fecho do disco, a coluna inverte-se: a água flui para trás através da válvula de retenção. O disco acelera neste fluxo inverso, ganhando impulso, antes de atingir a sede a grande velocidade. O impacto gera uma onda de pressão que se desloca pela conduta ascendente.

A gravidade do bloqueio depende da velocidade do fluxo inverso no momento do fecho. Esta é determinada pelo perfil da tubagem, a altura manométrica estática, a constante de tempo do conjunto bomba-motor e a proximidade da válvula de retenção à bomba. Em condutas longas e em declives acentuados, as velocidades inversas no fecho podem ser suficientemente elevadas para produzir pressões transitórias muito acima da classificação da tubagem. As válvulas de retenção standard sem mola não têm mecanismo para fechar antes do desenvolvimento do fluxo inverso.

Versão axial com mola: DN50 a DN350

As válvulas de retenção com mola utilizam uma mola coaxial para manter o disco numa posição quase fechada durante a desaceleração da bomba, para que o disco atinja a sede antes de se ter desenvolvido um caudal inverso significativo. Quando o caudal da bomba começa, o disco abre-se contra a mola; quando o caudal diminui, a mola fecha o disco progressivamente em vez de esperar que o caudal inverso o empurre. O fecho é suave e a velocidade do disco no assento é baixa.

Para DN50 a DN350, o design axial com mola é suficientemente compacto para caber numa bobina flangeada padrão. Não são necessárias tubagens externas ou ligações piloto. A taxa de mola pode ser especificada para a pressão de fissuração requerida, que deve corresponder ao caudal mínimo esperado da bomba em serviço contínuo para evitar um fecho parcial indesejado em condições de baixo caudal.

A perda de carga é mais elevada do que a de um controlo oscilante a pleno caudal porque o disco coaxial cria mais obstrução do que um disco oscilante. Para a maioria das aplicações de condutas ascendentes, esta penalização é aceitável. Em condutas muito longas em que o custo da energia de bombagem domina o custo total da vida útil, pode justificar-se uma maior dimensão do corpo para uma velocidade mais baixa.

Válvulas de retenção de bocal: DN400 a DN1200

Para DN400 e superiores, o disco axial com mola torna-se impraticável: a força da mola necessária para fechar um disco grande a uma velocidade segura é demasiado elevada para manter uma perda de carga baixa. As válvulas de retenção de bico utilizam uma geometria diferente. Um corpo em forma de bocal contrai o fluxo através de uma secção venturi, e um disco cónico numa haste de guia central fecha contra a garganta do bocal.

A geometria venturi converte a energia cinética em recuperação de pressão a jusante do disco, produzindo uma perda de carga global mais baixa do que qualquer outra conceção de válvula de retenção. Combinado com uma mola de fecho leve, o disco fecha suavemente à medida que o fluxo desacelera, sem esperar pelo fluxo inverso. O resultado é um desempenho anti-bloqueio com um coeficiente de perda de carga inferior ao de uma válvula de retenção de balanço bem concebida, o que é valioso em grandes condutas onde os custos de energia de bombagem ao longo de uma vida útil de 30 anos são significativos.

A instalação deve permitir a dimensão face-a-face alargada do corpo do bocal, que é mais comprido do que uma bobina flangeada normal do mesmo diâmetro. A válvula deve ser instalada num eixo horizontal ou ligeiramente inclinado para cima, para permitir a drenagem aquando da paragem da bomba.

Requisitos de instalação

As válvulas de retenção anti-bloqueio devem ser instaladas o mais próximo possível da descarga da bomba: o ideal é que estejam a menos de cinco a dez diâmetros de tubo. Quanto mais longe a válvula estiver da bomba, mais tempo tem para desenvolver o fluxo inverso antes de o disco fechar.

É necessário um mínimo de cinco diâmetros de tubo reto a montante para evitar que o turbilhão atinja o disco. Cotovelos, tês e válvulas de isolamento parcialmente abertas dentro desta distância criarão perfis de velocidade não uniformes que causam vibração do disco durante o funcionamento a baixo caudal, acabando por fatigar a guia do disco ou a mola.

A válvula deve ser capaz de fechar completamente contra a contrapressão máxima que o sistema pode impor, incluindo a cabeça estática da conduta ascendente à altura total da coluna. Especifique a pressão diferencial máxima no fecho ao fabricante, uma vez que a seleção da mola deve acomodar esta carga.