O que é Martelo Hidráulico?
Martelo hidráulico ou choque hidráulico é um fenômeno que pode ser entendido como uma colisão abrupta de um sólido em movimento rápido no sistema de tubulação com qualquer obstáculo que possa ser uma curva, válvula, etc. Assim, o martelo hidráulico é definido como um aumento súbito da pressão devido a um obstáculo ao movimento do fluido ou mudança de direção.
Exemplo: Isso acontece durante a carga ou aquecimento de uma linha de vapor mais longa durante a operação inicial de partida e também devido à mistura de vapor e condensado. O martelo hidráulico é algo que acontece muitas vezes consciente e inconscientemente em nossa vida cotidiana - quando abrimos e fechamos repentinamente a torneira de água no banheiro enquanto tomamos banho, resultando em martelo hidráulico. (ato de ligar/desligar a válvula do chuveiro muito rapidamente).
Conceito mal compreendido sobre o Martelo Hidráulico
Muitos fenômenos termo-hidráulicos, conforme dado na tabela, são frequentemente caracterizados erroneamente como martelo hidráulico. Os danos resultantes dessas ocorrências incluem choques hidráulicos e térmicos. O martelo hidráulico ocorre principalmente devido à falta de consciência e práticas inadequadas de Operação e Manutenção. No caso do martelo hidráulico, o provérbio "prevenir é melhor que remediar" é verdadeiro.
Fenômeno Termodinâmico |
Local de Ocorrência |
Martelo hidráulico |
Em tubulações de vapor e cabeçotes |
Pistão de água (ondas horizontais instáveis) |
Tanque de armazenamento (como Desaerador) |
Choque de condensação e evaporação instantânea |
Em Desaeradores |
Indução de água, distorção do rotor ou carcaça |
Em Turbina a vapor e tubulação de vapor |
Ocorrência do Martelo Hidráulico
Quando o vapor sai da caldeira, ele tem que percorrer uma distância antes de chegar ao ponto de uso (turbina a vapor ou outro trocador de calor) e, durante o processo de deslocamento, o vapor começa a perder calor. Como resultado, o vapor nas tubulações começa a se condensar. Durante a partida da planta, a taxa de formação de condensado (formado por gotículas de água) é muito alta, pois todo o sistema está partindo de frio ou de uma partida a frio.
Durante a operação, essas gotículas de condensado começam a se acumular ao longo da rede de tubulações de vapor, formando assim um bloco sólido de condensado, como mostrado na figura abaixo.
A condensação resulta na formação de gotículas de água. Gradualmente, o condensado começa a se acumular ao longo do comprimento da tubulação e forma um bloco sólido. Quando este bloco encontra algum obstáculo, como orifício, válvula ou curva, esses obstáculos resultam em uma parada súbita e inesperada do bloco sólido. Durante esse processo, a energia cinética do bloco sólido muda para energia de pressão, e a rede de tubulações tem que lidar com isso.
Impacto do Martelo Hidráulico
É necessário entender o impacto sério do martelo hidráulico nos equipamentos utilizados nas plantas. O exemplo abaixo explica claramente a natureza destrutiva do martelo hidráulico:
Para vapor saturado, a velocidade recomendada é de 25 a 35 metros por segundo
Para água em uma rede de tubulações, a velocidade recomendada é de 2 a 3 metros por segundo
Quando ocorre o martelo hidráulico, o bloco de condensado é arrastado pelo vapor, e assim o bloco de água viaja com uma velocidade igual à do vapor, que é dez vezes maior do que a velocidade da água. Portanto, o martelo hidráulico está sempre associado a uma pressão muito alta.
Fatores que ajudam a evitar o martelo hidráulico
O sistema de vapor é muito complexo e dinâmico, portanto, evitar o martelamento hidráulico é uma tarefa desafiadora. Mas, com a ajuda das melhores práticas de engenharia, sua ocorrência pode ser facilmente superada adotando:
Deve-se fornecer a inclinação adequada nas linhas de vapor na direção do fluxo.
Instalação de armadilhas de vapor em intervalos regulares, preferencialmente nos pontos mais baixos. A instalação de armadilhas de vapor nos pontos mais baixos garante a remoção do condensado do sistema.
O afundamento das tubulações resulta na formação de condensado na rede de tubulações e pode aumentar as chances de martelo hidráulico. Portanto, as tubulações de vapor devem ser adequadamente suportadas para evitar qualquer afundamento.
São necessários procedimentos padrão de partida para a partida a frio da planta. Os operadores devem ser adequadamente treinados para cuidar da abertura lenta da válvula de isolamento.
Dimensionamento adequado dos bolsões de drenagem, para garantir que o condensado não pule ou passe facilmente. O propósito do bolsão de drenagem deve ser coletar todo o condensado e passá-lo através da armadilha.
Os tipos de reduções devem ser excêntricas em vez de concêntricas.
Martelo Hidráulico em Usinas de Energia
Martelo hidráulico ocorre quando a água, acelerada pela pressão do vapor ou por um vazio de baixa pressão, é subitamente interrompida por impacto em uma válvula ou conexão, como uma curva ou tee, ou em uma superfície de tubulação. As velocidades da água podem ser muito maiores do que a velocidade normal do vapor na tubulação, especialmente quando o martelo hidráulico está ocorrendo na partida.
Quando essas velocidades são destruídas pelo impacto, a energia cinética na água é convertida em energia de pressão, e um choque de pressão é aplicado ao obstáculo. Nos casos leves, há ruído e, talvez, movimento da tubulação.
Nos casos mais graves, leva à fratura da tubulação ou conexões com efeito quase explosivo e consequente escape de vapor vivo na fratura. A fratura de tubulações ou componentes do sistema de vapor pode lançar fragmentos que podem causar lesões ou perda de vidas.
