Calcular velocidade de onda e elevação de pressão.
O golpe de aríete (water hammer) é o pico de pressão que ocorre quando um fluido em movimento é forçado a parar ou mudar de direção abruptamente, como no fechamento rápido de uma válvula. Esta calculadora resolve a equação de Joukowsky para o aumento instantâneo de pressão a partir da densidade do fluido, da velocidade da onda e da variação de velocidade, depois estima a margem de classificação da tubulação e recomenda tempos de fechamento para manter o pico abaixo da pressão de projeto.
Equação de Joukowsky: ΔP = ρ × a × ΔV, onde ρ é a densidade do fluido, a é a celeridade da onda de pressão e ΔV é a variação da velocidade média. Velocidade da onda a = √(K / ρ) / √(1 + (K/E) × (D/t)), onde K é o módulo de compressibilidade do fluido, E é o módulo de Young da parede da tubulação, D é o diâmetro e t é a espessura da parede — tubulação mais flexível (menor E) resulta em menor a e menor pico. Para água em aço rígido, a ≈ 1.300 m/s; em tubo de PE flexível, a ≈ 250–400 m/s. Para manter o pico dentro da classe de pressão, o tempo de fechamento da válvula deve ser T > 2L/a (período de uma reflexão de onda completa), o que permite distribuir a desaceleração ao longo do comprimento da tubulação.
Um engenheiro de utilities estimando o pico após o desligamento de uma bomba de 500 lpm em um duto de 1,2 km calcula ΔV = 2,1 m/s, ΔP = 26 bar, excedendo a classe da tubulação — e adiciona um vaso de ar para amortecer a onda de desligamento.
Um projetista de processo especificando uma válvula de água de resfriamento de 200 mm seleciona um atuador elétrico com fechamento de 5 s em vez do solenóide original de 0,5 s, reduzindo o pico de 18 bar para 3 bar e evitando o upgrade da classe da tubulação.
Um técnico de instalações prediais investigando barulho em tubulações durante o fechamento de máquina de lavar instala um amortecedor de golpe de aríete embutido dimensionado pela calculadora com base no volume de gás necessário para a linha e na classificação de pressão.
Qualquer fechamento mais rápido que T_c = 2L/a (comprimento da linha × 2 / velocidade da onda) produz o pico completo de Joukowsky. Fechamentos mais lentos distribuem a desaceleração e reduzem a pressão de pico proporcionalmente.
Dutos mais longos armazenam mais energia cinética. O aumento de pressão de Joukowsky em si não depende do comprimento da linha, mas a duração do pulso de alta pressão sim (= 2L/a), portanto danos por fadiga e ruído audível escalam com o comprimento.
Sim — ar retido se comprime e rebate, criando eventos de separação de coluna com picos bem acima das previsões de Joukowsky. Sempre purgue os pontos altos e use quebra-vácuos em trechos longos com declive.