Ventosas Os aparelhos São aparelhos instalados nos pontos altos dos condutos forçados que permitem a entrada permitem entrada de ar quando quando ocorre redução de pressão pressão em pontos pont os altos da tubu tubulação, lação, bem com como, o, durante durante o esvaziam esvaziament entoo da tubulação por ocasião da manutenção, ou permitem a saída do ar que tenha ficado ou entrado em adutoras por gravidade ou nas tubulações de recalque, principalmente se a tubulação formar algum traçado tipo sifão, quando do enchimento da mesma. No caso de produzir vácuo na tubulação por efeito de sifonamento ou inércia no escoamento, permitem permit em que o ar adentre~à adentre~à tubulação, tubulação, evitando evitando o seu colapso estrutural pela ação da pressão atmosférica externa. São colocadas, em geral, na parte alta dos sifões ou após um trecho Figura V1 - Corte esquemático horizontal longo ou com pequena declividade. Para melhor eficiência de uma ventosa de simples do equipamento, os aclives das tubulações, até atingirem a ventosa, efeito devem ser suaves, e os declives decli ves após a válvula, acentuados, acentuados, a fim de acumular melhor o ar nos pontos altos e possibilitar sua expulsão mais facilmente pela ventosa. A tendência do ar acumulado nos pontos altos é comprometer o escoamento, reduzindo a seção útil do conduto com o aumento, conseqüente, da perda de carga. Há casos de golpes de aríete provocados por bolsas de ar presentes presentes nas tubu tubulações. lações. Existem Existem diversos tipos de ventosas, ventosas, dos mais mais simples aos mais mais complexos. São providas de rosca ou flange, a depender do modo como são instaladas na tubulação. As de flange impõem o emprego de um tê no ponto alto do condut co nduto. o. A priori as vent ventosas osas podem ser classificadas cl assificadas como de simples efeito e de duplo efeito, também chamada de tríplice função. As primeiras são próprias pr óprias para adut adutoras oras de pequen pequenos os diâmetros diâmetros e para deixar sair o ar que estiver acumulado nos pontos altos das tubulações de adutoras, linhas de recalque e mesmo de aspiração das bombas, mas não são apropriadas para permitirem a entrada de ar. As de duplo efeito (Figura V12) controlam controla m automat automaticamente icamente a saída do ar durante o enchimento enchimento de uma uma linh li nhaa e a entrada de ar durante o esvaziamento ou o que se venha a formar com a linha já em operação. As ventosas de duplo efeito possuem duas esferas de tamanhos diferentes. A maior encontra-se dentro de uma câmara provida de uma abertura grande, e a menor, dentro de outra câmara menor provida de um orifício. A esfera maior será fortemente comprimida contra a respectiva abertura, e a menor levemente encostada no orifício. Baixando o nível da água, a esfera pequena afasta-se da sua posição, deixando escapar o ar que porventura porvent ura se tenh tenhaa formado formado na tu tubulação. bulação. Duran Durante te o esvaziamen esvaziamento to da tubu tubulação, lação, as duas esferas esferas descem às suas posições mais baixas, permitindo, assim, a entrada do ar através das passagens, evitando-se, desse modo, a formação do vácuo que poderia eventualmente provocar o esmagamento externo da tubulação. Freqüentemente são em ferro fundido com esferas de alumínio ou ebonite.
Figura V2 - Corte esquemático de uma ventosa de duplo efeito (BOPP & REUTER) O "ar" no in inte terior rior das das tub t ubulações ulações
A presença de ar retido em seu interior das instalações pode prejudicar em muito o funcionamento normal de uma canalização para fins hidráulicos trabalhando sob pressão. Essa presença tem origem pela ocupação da tubulação vazia antes do funcionamento ou durante este, quando as tubulações de sucção e as gaxetas das bombas não são suficientemente estanques, permitindo que o ar se introduza sob pressão, e desloque-se dissolvido na água. Durante este deslocamento nos pontos onde há diminuição de pressão, desprende-se da água água e dá origem às bolsas de ar, as quais devem ser extraídas. extraídas. Quando se Quando s e enche de água uma uma tubulação que se encontra submetida submetida internam internamente ente às condições c ondições atmosféric atm osféricas as locais, lo cais, deve-s deve-see extrair, continu co ntinuamen amente, te, um volume de ar exatam e xatamente ente igual ao volum vol umee de água que entra, a fim de evitar a formação de grandes bolsas de ar. No caso da adução adução por gravidade, o ar ar depositado nos nos pontos pontos de queda de pressão, normalm normalment entee os pontos pont os altos, provoca um um aum aument entoo de perda de carga carga e, conseqüent conseqüentem ement ente, e, uma uma diminu diminuição ição da vazão (Figura V3).
Figura V3 - Formação de bolsas de ar em adução por gravidade com nível hidrostático normal No caso de adução adução por recalque, o acúmulo acúmulo de ar nos nos pontos pontos de queda queda de pressão provoca um um aum aument entoo da altura manométrica, acarretando a elevação do consumo por sobrecarga da bomba ou redução da vazão (Figura V4).
Figura V4 - Formação de bolsas de ar em adução por recalque nível hidrostático de trabalho Além dos inconvenientes citados, o movimento das bolsas de ar no interior das tubulações acarreta sucções bruscas que podem provocar golpes de aríete. Portanto, deve-se prever a colocação de ventosas nos pontos altos das tubulações, as quais devem ser projetadas. com aclives suaves e declives acentuados, acentuados, a fim de facilitar o acúmulo acúmulo do ar nos nos pontos pontos altos. As figuras V5 V5 e V6 mostram os perfis esquemáticos para estes es tes dois tipos de traçado: traç ado: o aconselhável aconselh ável e o inadequ i nadequado. ado.
Figura V5 - Traçado recomendado
Figura V6 - Traçado não recomendável Para estabilidade e bom funcionamento das tubulações é necessário, também, prever a entrada de ar, pois, quando quando se esvazia um uma tubulação, tubulação, o ar deve penetrar penetrar com o mesm mesmoo gradiente gradiente com o qual qual a água água sai, de forma que a diferença de pressão entre o interior e o exterior do conduto permaneça dentro de limites pré-fixados, imp impossibilitando ossibilitando o colapso dos tubos tubos por contração contração da seção decorrente decorrente das sub-pressões internas que seriam se riam geradas simultan simultaneament eamente. e. Recomenda-se, também, reduzir ao máximo possível os trechos sensivelmente horizontais, pois pequenas variações de nível podem provocar pontos pontos de difícil proteção. É essencial, porém, que sejam previstas ventosas nas extremidades dos trechos horizontais seguidos de descidas, onde se podem acumular bolsas de ar (Figura V7).
Figura V7 - Solução para trechos sem declives satisfatórios O fluxo de ar nas tubulações Para o perfeito funcionamento das tubulações é necessário que o fluxo de ar dentro das mesmas apresente-se da seguinte forma: Quando entra água na tubulação, o ar que nela estava contido precisa sair totalmente, para que não haja bolsas de ar durante o funcionamento da tubulação, e, rapidamente, para não prejudicar o início do funcionamento das bombas; Durante o funcionamento da tubulação, é possível a formação de bolhas de ar através das tubulações tu bulações de sucção e das prem p reme-gax e-gaxetas etas das bombas. Devido à pressão, o ar desloca-se desloca- se pela tubulação dissolvido na água, porém nos pontos de diminuição de pressão (pontos altos da tubulação), haverá o desprendimento gerando bolsas de ar nas tubulações; Quando sai a água da tubulação é necessário que entre ar com a mesma vazão, para que o diferencial entre as pressões internas e externas do tubo permaneça limitado de modo a impedir o colapso dos tu tubos. bos.
Problemas Prob lemas causados pelo movim movimento ento de bolsas de ar nas tub t ubul ulaçõe açõess: Nas adutoras adutoras por gravidade, o ar depositado depositado nos nos pontos pontos altos, onde onde há perda perda de pressão, provoca o aumento da perda de carga, que implica numa diminuição de vazão; Nas adutoras adutoras por recalque, a presença presença de bolsas de ar nos pont pontos os de queda de pressão provocam um aumento de altura manométrica, implicando em redução de vazão ou sobrecarga da bomba, com os conseqüentes prejuízos de consumo de energia ou danificação do equipamento; A movime moviment ntação ação das bolsas de ar pode provocar golpes de ariete em decorrência de sucções bruscas.
Instalação das ventosas Instalação de ventosas nos pontos altos da tubulação e ao término dos trechos horizontais, visa eliminar todos os inconvenientes que um fluxo ar inadequado dentro das tubulações pode acarretar. É necessário também tomar as seguintes precauções quanto ao traçado das tubulações: Projetar as tu tubulações bulações com aclives suaves e declives acent acentuados, uados, visando facilitar o fluxo fluxo de ar a os pontos altos onde estarão instaladas as vent ventosas; osas; Reduzir ao máximo os trechos horizontais, pois variações muito pequenas de nível podem implicar imp licar pont pontos os difíceis de se proteg proteger. er.
Ventosas simples (Figura V8)
Figura V8 - Ventosa simples, foto e conte esquemático Utilização
Destinam-se especialmente a canalizações de pequena vazão e tubulações de pequeno diâmetro, com função de permitir a adequada orientação do fluxo de ar: Descarregar o ar quando a tubulação se enche de água, ou seja, quando da entrada de água da tubulação, na vazão de 2 litros por segundo para um diferencial de pressão de 5mca; Descarregar Descar regar continu c ontinuamen amente te o ar durante o funcionamento funcionamento das bombas; b ombas; Dar entrada de ar quando for descarregada a água da tubulação, ou seja, admitem o ar na vazão de cerca de 2 litros por segundo para um diferencial de pressão de 5mca. Funcionamento
Quando o nível da água desce, o flutuador movimenta-se para baixo, abrindo a passagem do niple de descarga e permitindo, assim, a saída do ar;quando o nível de água sobe, aciona o flutuador para cima, fechando a saída do ar. Sua capacidade máxima de extraçâo ou admissão de ar é de 2 l/seg., para diferencial diferen cial de pressão de 5 m.c.a. Tipos de ventosas simples
As ventosas simples são apresentadas em duas versões: com rosca: diâmetros diâmetros de 3/4", 1", 1 1/4", 1 1/2" e 2"; com flage de 150 1 50 mm (6") A existência de vários diâmetros visa apenas proporcionar maior flexibilidade na escolha da conexão à linha. Pressão máxima máxima de serviço 2
a pressão máxima de serviço de 1,5 mpa (15 kgf/cm ) a 2,5 mpa.
Ventosa CMC compacta Possui as mesmas aplicações que a ventosa simples normal, com a vantagem de possuir menor massa, o que é interessante para instalações prediais ou em redes. Além da economia de massa, e de ser uma exclusividade exclusivida de CMC, o custo também é menor.
Ventos entosas as de tríplice função (Figura V9) Com essa denominação aceita no mercado para este tipo de projeto, são empregadas em tubulações de grande vazão, tendo por finalidade adequar o fluxo de ar, tendo condições de assegurar a saída do ar que se forma dentro da tubulação tubulação durante a operação e evitar evi tar a formação formação de sifões, si fões, mantendo mantendo sempre sempre a pressão inte interna rna durante durante o esvaziament esvaziamentoo nos limites limites que imp impeçam eçam o colapso dos tubos, tubos, ou seja, o esmagamento resultante do aparecimento de sub-pressões internas aos condutos. Fabricação
Fabricada com flange conforme NBR 7675 nas furacões PN-10 e PN-16. No caso de instalações industriais indu striais é possível outras furacões, respeitada a pressão de trabalho, máxim máximaa de trabalho de cerca de 2,5 MPa.
Figura V9 - Dese nh Figura nhoo esqemático de uma vestosa ves tosa du dupla pla montada montada sobre um Tê com flange e bolsas
Utilização
As ventosas de tríplice função, constituídas por um corpo dividido em dois compartimentos - o principal e o auxiliar - contendo cada um, em seu interior, um flutuador esférico, têm por finalidade específica: Expelir adequadamente o ar deslocado pela água durante o enchimento de uma linha; Admitir quantidade suficiente de ar, durante o esvaziamento de uma linha, a fim de evitar a formação de sifões, bem como manter a pressão de esvaziamento dentro dos limites previstos em projeto (colapso); Expelir automaticamente o ar que venha a formar-se com a adutora já em operação. Descrição do projeto projeto dessas ventosas (Figura V10)
A ventosa de tríplice função foi projetada de modo que os compartimentos fossem dimensionados para a vazão de ar pretendida para cada diâmetro. Nas ventosas tríplice, ambos os compartimentos possuem flutuadores de alumínio, que asseguram qualidade e durabilidade. A função do compartimento maior é, em primeiro lugar, expelir o ar contido na tubulação quando da entrada da água. No momento em que a água atinge o flutuador, contra a sede de borracha, de modo a manter a estanqueidade da tubulação. Caso haja esvaziamento da tubulação, ou queda de pressão provocada por qualquer razão, a pressão atmosférica auxiliada pelo peso do flutuador, provocará admissão de ar na tubulação, evitando a criação de vácuo. A função do compartimento auxiliar é retirar o ar que se forma durante a operação e permanece nos pontos pont os altos da tubulação, tubulação, pois o flutu flutuador ador do compartim compartiment entoo principal permanece permanece constan constantem tement entee contra contra a sede, quando a adutora trabalha com a pressão normal. O flutuador que se encontra no interior do compartimento auxiliar é dimensionado de modo a que seu peso o impeça de permanecer constantemente contra o niple de descarga, e por esta razão, por menor que seja o volume de ar que se forme dentro da ventosa este será eliminado.
Figura V10 - Corte esquemático de uma ventosas de tríplice função (Fonte: catálogo CMC Válvulas e Conecxões Ltda ) Funcionamento
O compartimento principal tem dimensões compatíveis com o diâmetro nominal da ventosa, encerra um flutuador que se aloja em uma concavidade do fundo enquanto a ventosa estiver vazia. Desta forma, todo o ar deslocado pelo enchimento da adutora será expelido pela abertura que se encontra na tampa do compartimento. No momento em que o ar tenha sido eliminado, a água alcança o flutuador, deslocando-o
para cima, cima, de encont encontro ro à respectiva abertura. abertura. Assim, Assim, fecha-se fecha-se autom automaticam aticament entee a ventosa, ventosa, ficando ficando neste neste trecho, a adutora, sob pressão da água. A própria pressão interna manterá o flutuador contra sua sede. Em caso de drenagem da adutora, falta de água em linhas de gravidade, ou quaisquer outras condições que provoquem uma redução da pressão interna, a pressão atmosférica, auxiliada pelo peso próprio do flutuador, provocará a admissão do ar, evitando a criação do vácuo. O compartimento auxiliar, quando a adutora está em carga, a pressão interna é suficiente para manter o flutuador do compartimento principal contra a sede, ficando, assim, vedada a saída do ar que porventura se venha a acumular nos pontos altos da adutora. Para retirá-lo, encontra-se no interior do compartimento auxiliar um flutuador flutuador cujo peso p eso é suficientem suficientemente ente grande para que q ue a pressão pres são não o mantenh antenhaa contra o pequenoo orifício do niple de descarga. pequen descarga. Desta form forma, a, a menor menor quant quantidade idade de ar que se venh venhaa a acumular acumular no interior da ventosa, será rapidamente eliminada. Seleção do tamanho da ventosa de tríplice função
No ábaco abaixo, abaixo, tem-se tem-se o campo campo de vazão coberto pelas ventosas ventosas de tríplice tríplice função função fabricadas pela Companhia Metalúrgica Bárbara, hoje Saint Gobain). Conhecida a vazão da linha e adotado um valor para o diferencial diferencial de pressão entre o interior interior da ventosa ventosa e a atm atmosfera no no mom moment entoo do enchim enchiment entoo ou esvaziamento (geralmente adota-se 3,5 m.c.a.), obtem-se um ponto que indicará o tamanho da ventosa a ser escolhido. Ou seja, sabendo-se o diferencial de pressão no momento da admissão saída do ar, e o diâmetro da ventosa, obtém-se a vazão em litros por segundo referente à capacidade de descarga ou admissão de ar da ventosa tríplice para este diâmetro (Figura V11).
Figura Figu ra V11 - Gráfico de dimensionam dimensionamento ento apr aprese ese ntado pela BARBARÁ (hoje Saint Gobain) 2 (pressão máxima de serviço de 1,5 mpa ( = 15 kgf/cm ) a 2,5 mpa). Recomendações Recomendaçõ es adicionais para instalação
É aconselhável a instalação de um registro ou válvula de gaveta para secionamento e proteção da ventosa; Este conjunto, ventosa e registro deve ser protegido por uma caixa de concreto ou ferro, para evitar danificações provocadas por intempéries. intempéries.
