VÁLVULA DE RETENÇÃO DE AR PARA RESERVATÓRIO PRESSURIZADO DE ÁGUA

Domínio técnico

[0001] A presente divulgação diz respeito a uma válvula destinada a ser usada em reservatórios de pressão ou reservatórios hidropneumáticos acoplados a bombas submersíveis, bombas de superfície ou sistemas de bombeamento de água limpas.

Estado da arte

[0002] A extração de água subterrânea de poços profundos e água de superfície para consumo é realizada com o recurso a bombas. Estas bombas estão posteriormente acopladas a reservatórios de pressão, em particular reservatórios providos de membrana de borracha ou reservatórios com válvulas injetoras de ar.

[0003] No caso de reservatórios com membranas de borracha, a membrana de borracha tem como função separar a água e o ar; o ar está retido no exterior da membrana elástica, ou seja, o ar está retido entre a membrana e a parede interna do reservatório. O ar exerce pressão na água através da membrana, mantendo assim o sistema pressurizado. Desta forma, a água circula no interior da membrana. A membrana de borracha é expandida e contraída com o ciclo de trabalho.

[0004] Os reservatórios com membrana de borracha apresentam várias desvantagens associadas, nomeadamente a necessidade de ser alvo de manutenção, uma vez que há perdas de pressão com os ciclos de trabalho; a membrana de borracha rasga-se com frequência sob falta de manutenção ou sob diferencial de pressão errado, em particular quando a injeção de pressão de ar no reservatório é superior à pressão mínima de funcionamento do sistema. Como consequência das desvantagens mencionadas, a bomba de água é forçada a funcionar em condições anormais, acabando muitas vezes por avariar, o que se traduz num custo elevado para o seu proprietário. Outra desvantagem associada ao uso de membranas de borracha em reservatórios de água pressurizada deve-se ao fato de que a membrana de borracha é produzida como uma peça injetada, com uma superfície grande e sujeita a defeitos na injeção, por exemplo, poros que se revelam depois de algum tempo em funcionamento. Com a entrada de ar na canalização, pode-se gerar espirros de água/ar e/ou escaldões quando fornecida por esquentadores a gás. Além destas desvantagens a membrana deixa um gosto desagradável na água e a fixação da membrana na parte superior no reservatório é propensa a defeitos na instalação e consequente perda de ar.

[0005] O reservatório com válvulas injetoras de ar é outro sistema frequentemente usado para o armazenamento de água sob pressão resultante, por exemplo, da extração de águas subterrâneas. Quando os reservatórios com válvulas injetoras de ar são utilizados e ocorre uma paragem da bomba, a água que se encontra na tubagem entre a válvula alimentadora de ar e a válvula de descarga de água é descarregada e conduz à entrada de ar no sistema. No momento que a bomba reentra em funcionamento, injeta este volume de ar no reservatório. O excesso de ar é libertado através de uma válvula reguladora que é colocada normalmente a 1/3 da altura do reservatório e que em contacto com o ar, liberta-o. Em contacto com a água mantém-se fechada, e desta forma mantém as proporções de ar e água ideais.

[0006] As desvantagens do uso do reservatório com válvulas injetoras de ar são as seguintes, quando ocorre uma falha de energia, ou o débito de água que sai do depósito é superior ao fornecido pela bomba de água, o ar pressurizado perde-se completamente, sendo necessário um número elevado de ciclos de trabalho, que normalmente levam várias semanas até o sistema repor a quantidade de ar pressurizado necessária. Com a entrada de ar na canalização, vai criar desconforto na utilização, por exemplo espirros de água/ar, escaldões quando fornecida por esquentadores a gás. Adicionalmente, as referidas válvulas acrescem custo e mais elementos passíveis de avaria e de manutenção ao sistema.

[0007] Estes fatos ilustram o problema técnico a resolver pela presente divulgação. Descrição geral

[0008] A presente divulgação diz respeito a uma válvula para um reservatório pressurizado de água, em particular uma válvula de retenção de ar localizada na parte inferior do referido reservatório.

[0009] A válvula agora divulgada permite a entrada e saída de água e a retenção de ar num sistema fechado, como por exemplo um reservatório pressurizado de água.

[0010] A válvula de retenção de ar localizada na parte inferior do referido reservatório agora divulgada compreende um corpo flutuante, em particular um flutuador ou uma boia, que se movimenta verticalmente guiado por uma ou mais guias, tirantes, grelhas, braços articulados ou estruturas em chapa perfurada .

[0011] Numa forma de realização, quando o corpo flutuante atinge um nível mínimo e pré-determinado de água do reservatório, este aproxima-se de um tubo de circulação de água com o exterior do reservatório e por intermédio de uma tampa solidária com o corpo flutuante ocorre a selagem ou tapamento do reservatório pela selagem ou tapamento do tubo, impedindo assim a saída de ar e mantendo a pressão de pré-carga do reservatório.

[0012] O formato de tampa permite um fechamento eficaz mesmo quando, devido às elevadas pressões e à saída de água turbulenta, existem forças significativas contrárias ao tapamento. Em particular, formas em rolha ou em esfera, que apenas vedariam pela superfície interior do tubo, estão sujeitas a fechar a válvula já após a saída total da água e com perda de ar.

[0013] Numa forma de realização, para que a selagem ou tapamento realizada pelo corpo flutuante seja ainda mais eficiente, este com preende na sua parte inferior uma tampa que é revestida ao longo do seu perímetro interior por um material vedante, por exemplo por uma borracha, um o-ring ou um material equivalente.

[0014] Numa forma de realização, o referido material vedante pode também envolver a superfície exterior circundante ao topo do referido tubo para circulação de água com o exterior do reservatório. [0015] A pressão de pré-carga é definida como a pressão do sistema ligeiramente inferior à pressão mínima de trabalho (ver par. 23).

[0016] Numa forma de realização, a tampa e o corpo flutuante podem estar diretamente acoplados um ao outro ou podem estar, em alternativa, acoplados por meio de um elemento de acoplamento. Se estiverem acoplados diretamente, há uma poupança de materiais e a construção é facilitada e mais sólida. Se estiverem acoplados por meio de um elemento de acoplamento, é possível ajustar a distância entre o nível mínimo predeterminado de água no reservatório e a posição inferior do corpo flutuante correspondente ao tapamento do tubo.

[0017] Numa forma de realização, a tampa compreendida na válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água é responsável pela limitação da força de acoplamento. Se não existisse um limite ao acoplamento, o corpo flutuante poderia ficar preso ao tubo de saída e inutilizar a válvula. A referida tampa apresenta um diâmetro superior ao diâmetro do tubo para circulação de água com o exterior do reservatório.

[0018] A presente divulgação permite evitar a acumulação de sujidade e de partículas no topo do tubo para circulação de água com o exterior do reservatório e permite consequentemente evitar com que o tapamento seja ineficaz. Desta forma, é possível evitar a saída de ar do reservatório e manter o reservatório de água pressurizado.

[0019] Numa forma de realização, a válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água agora divulgada pode compreender um elemento amortecedor na superfície inferior da referida tampa entre a tampa e o topo do referido tubo, sendo que o referido elemento amortecedor apresenta as seguintes vantagens:

• amortece o choque do flutuador no momento do acoplamento,

• diminui o barulho de funcionamento,

• protege o corpo flutuante dos impactos, e

• por ser constituído em material mole, atua como um segundo vedante. [0020] Numa forma de realização, o topo para circulação de água com o exterior do reservatório pode apresentar uma forma, por exemplo, cónica. Nesta situação, a tampa pode apresentar também uma forma cónica de modo a que o acoplamento do corpo flutuante ao topo para circulação de água com o exterior do reservatório seja ainda mais uniforme. Desta forma, a válvula agora divulgada substitui os sistemas atuais de pressurização, sejam os sistemas de reservatório de membranas ou reservatório alimentado por válvulas injetoras, uma vez que: ao fazer a separação do ar e água, a válvula consegue reter o ar sob pressão no interior do reservatório e assim acumular e fornecer, junto com os outros elementos hidráulicos do sistema de abastecimento, água pressurizada nos intervalos de pressão pretendidos, diminuindo o recurso à bomba hidráulica.

[0021] A presente divulgação está isenta de manutenção e portanto apresenta uma maior comodidade de utilização; apresenta também menor custo de produção e de implementação e poupança de energia devido ao funcionamento regular da bomba.

[0022] Num sistema de pressurização de água é necessária a existência de um reservatório de pressão, para proporcionar um abastecimento de água mais suave, evitar o funcionamento contínuo ou irregular da bomba de água. O funcionamento irregular da bomba de água provoca o sobreaquecimento do motor e sobretudo um consumo elevado de corrente elétrica devido à inércia do motor nos arranques.

[0023] A pressão é acumulada no reservatório com uma pré-carga de ar ligeiramente mais baixa que a pressão mínima regulada no pressostato.

[0024] A presente divulgação diz respeito a uma válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água que compreende os seguintes elementos:

um tubo para circulação de água com o exterior do reservatório com um topo protuberante para protuberar para o interior do reservatório;

um corpo flutuante verticalmente deslocável entre uma posição superior e uma posição inferior;

uma ou mais guias para guiar verticalmente o deslocamento do corpo flutuante; uma tampa solidária com o corpo flutuante, para tapar o topo do tubo e superfície exterior circundante ao referido topo, quando o corpo flutuante está na posição inferior correspondente a um nível mínimo predeterminado de água no reservatório.

[0025] Descreve-se, portanto, uma válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água que compreende:

um tubo para circulação de água com o exterior do reservatório com um topo protuberante para protuberar para o interior do reservatório;

um corpo flutuante axialmente deslocável entre uma primeira posição distai do referido topo e uma segunda posição proximal do referido topo;

uma ou mais guias para guiar axialmente o deslocamento do corpo flutuante; uma tampa solidária com o corpo flutuante, para tapar o topo do tubo e a superfície exterior circundante ao referido topo, quando o corpo flutuante está na posição proximal correspondente a um nível mínimo predeterminado de água no reservatório; em particular sendo o referido deslocamento axial configurado para que a tampa solidária tape o topo do tubo e a superfície exterior circundante ao referido topo quando o corpo flutuante está na posição proximal.

[0026] Numa forma de realização, por posição superior entende-se a primeira posição distai do tubo para circulação de água com o exterior do reservatório.

[0027] Numa forma de realização, por posição inferior entende-se a segunda posição proximal do tubo para circulação de água com o exterior do reservatório.

[0028] Numa forma de realização, a tampa ou o tubo da referida válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água pode compreender um elemento amortecedor para amortecer o impacto do acoplamento que por vezes pode ser brusco, sendo que o referido elemento amortecedor pode ser, por exemplo, um disco em borracha que permite amortecer o impacto do acoplamento e simultaneamente apresenta o benefício de funcionar como um vedante adicional da válvula agora divulgada. O material usado no referido elemento amortecedor pode ser flexível/mole e como benefício pode vedar entre a tampa e a superfície exterior circundante ao topo do referido tubo.

[0029] Numa forma de realização, a tampa ou o tubo da referida válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água pode compreender uma junta circular vedante, denominado de o-ring, para vedar entre a tampa e a superfície exterior circundante ao topo do referido tubo.

[0030] Numa forma de realização, a tampa, ou a superfície exterior circundante ao topo do referido tubo, pode ter uma forma cónica para facilitar o tapamento.

[0031] Numa forma de realização, a tampa e o corpo flutuante podem estar acoplados diretamente um ao outro.

[0032] Numa forma de realização, a tampa e o corpo flutuante podem estar acoplados por intermédio de um elemento de acoplamento.

[0033] Numa forma de realização, a guia ou guias para guiar verticalmente o deslocamento do corpo flutuante são um ou mais tirantes, uma ou mais grelhas, um ou mais braços articulados, uma ou mais estruturas em chapa perfurada.

[0034] Numa forma de realização, o corpo flutuante pode ser cilíndrico, cúbico, esférico ou ovóide (ou oval). Pode ter qualquer forma, desde que permita o seu guiamento na vertical.

[0035] Numa forma de realização, e para obter melhores resultados, o corpo flutuante é preferencialmente cilíndrico, uma vez que se observou que quando o corpo flutuante é esférico e quando se está num ponto crítico de funcionamento da válvula de retenção de ar agora divulgada, ou seja, quando o nível de água diminui e se encontra muito perto do topo de um tubo para circulação de água, é formado um vórtex que é responsável por deixar escapar algum do ar, entre o corpo flutuante e o referido tubo, e que deveria ser retido pela válvula. Esta situação é indesejável, uma vez que diminui a eficiência de funcionamento da válvula . [0036] Numa forma de realização, e para obter ainda melhores resultados, o corpo flutuante é preferencialmente cilíndrico o que permite aumentar a superfície inferior do corpo flutuante e assim são obtidos vários efeitos/vantagens:

• evitar que o ar, que deve ser retido pela válvula, contorne mais facilmente o corpo flutuante até ao bocal, e

• aumentar do efeito de sucção, que conduz o corpo flutuante ao bocal com mais eficiência. Desta forma, o corpo flutuante cilíndrico pode acoplar num único movimento, ao contrário de um corpo flutuante cilíndrico esférico, que pode, frequentemente, ter de realizar vários movimentos até acoplar definitivamente.

[0037] Numa forma de realização, o corpo flutuante é cilíndrico, o topo de um tubo para circulação de água é cónico.

[0038] Numa forma de realização, a tampa, ou a superfície exterior circundante ao topo do referido tubo, pode ter uma forma cónica para facilitar o tapamento enquanto o corpo flutuante é cilíndrico, podendo ainda a tampa localizada na parte inferior do corpo flutuante, compreender um material vedante, em particular uma junta circular vedante, o-ring.

[0039] Numa forma de realização, para que a selagem ou tapamento realizada pelo corpo flutuante seja ainda mais eficiente, este com preende na sua parte inferior uma tampa que é revestida ao longo do seu perímetro interior por um material vedante, por exemplo por uma borracha, um o-ring ou um material equivalente.

[0040] Numa forma de realização, e para obter ainda melhores resultados, o topo do tubo para circulação de água pode ser cónico de modo a ajustar adequadamente o-ring ao topo do tubo, à medida que o corpo flutuante se movimenta no sentido de se acoplar ao topo do tubo.

[0041] A presente divulgação também diz respeito a um reservatório pressurizado de água que compreende a referida válvula inferior de retenção de ar descrita anteriormente, em particular diz respeito a um reservatório sem membrana. [0042] A presente divulgação diz ainda respeito a um método para converter um depósito pressurizado de água de membrana num depósito pressurizado de água sem membrana, que compreende os seguintes passos:

remover a membrana do referido reservatório;

montar, na parte inferior do referido reservatório, a válvula inferior de retenção de ar descrita anteriormente.

[0043] A presente divulgação diz ainda respeito a um método para converter um depósito pressurizado de água com uma válvula alimentadora de água e uma válvula de descarga de água num depósito pressurizado de água sem válvula alimentadora de água e sem válvula de descarga de água, que compreende os seguintes passos:

remover a válvula alimentadora de água e a válvula de descarga de água;

montar a válvula inferior de retenção de ar descrita anteriormente.

[0044] Ao longo da descrição e reivindicações a palavra "compreende" e variações da palavra não têm intenções de excluir outras características técnicas, como outros componentes ou passos. Objetos adicionais, vantagens e características da presente divulgação irão tornar-se evidentes para os peritos na técnica após o exame da descrição ou podem ser compreendidos pela prática da presente divulgação. As realizações e figuras são fornecidos como forma de ilustrar a divulgação, e não têm a intenção de serem limitativos da mesma. Além disso, a presente divulgação deve ser entendida como abrangendo todas as possíveis combinações de formas de realização particulares ou preferenciais aqui descritas.

Breve descrição das figuras

[0045] Para uma mais fácil compreensão da presente divulgação juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto da presente divulgação.

[0046] Figura 1: Perspetiva interna de uma forma de realização de um reservatório de água conforme a presente divulgação, em que (a) representa um reservatório e (b) representa uma válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água.

[0047] Figura 2: Pormenor de uma forma de realização da presente divulgação em que:

1 representa um corpo flutuante;

2 representa uma tampa, em particular uma tampa com um elemento amortecedor;

3 representa o topo de um tubo para circulação de água, em particular representa o topo de um tubo para circulação de água em que o referido topo tem uma configuração cónica para permite um acoplamento cónico;

4 representa um material vedante, em particular uma junta circular vedante, o-ring;

5 representa um conjunto de guias, em particular um conjunto de guias exteriores;

6 representa o tubo para circulação de água.

[0048] Figura 3: Pormenor de uma forma de realização da presente divulgação em que as guias são substituídas por uma grelha 7 cilíndrica para guiar o deslocamento do corpo flutuante 1.

[0049] Figura 4: Pormenor de um exemplo do estado da arte em que 8 representa uma válvula alimentadora de ar; 9 representa uma válvula de descarga de água; 10 representa o subsolo; 11 representa água; 12 representa uma eletrobomba submersível; exemplo no qual a válvula agora divulgada pode ser incorporada no depósito (a).

[0050] Figura 5: Pormenor de um exemplo em que a válvula (b) agora divulgada é incorporada no depósito (a).

Descrição detalhada

[0051] Os reservatórios de pressão ou hidropneumáticos, por exemplo, acumulam uma mistura de ar e água. As propriedades do ar conferem-lhe uma maior capacidade de compressão e expansão em com paração com a água, e por isso é utilizado para acumular pressão no reservatório. [0052] A válvula da presente divulgação permite a entrada de ar ou água no reservatório, no entanto impede a saída de ar uma vez que a tampa compreende um material vedante que está intencionalmente disposto abaixo do nível de água do corpo flutuante. Desta forma, a saída de ar permanece sempre submersa.

[0053] Durante um ciclo de trabalho normal, o nível da água atinge um nível máximo de altura e um nível mínimo de altura. Quando o nível de água atinge um nível máximo atinge uma expansão mínima de ar e a uma pressão máxima desejada; e atinge também um nível mínimo, o que corresponde a uma expansão máxima do ar e a uma pressão mínima desejada. Em ambas as situações descritas, a válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água mantêm-se aberta, ou seja, o corpo flutuante não atinge a zona de acoplamento. Desta forma, a válvula de retenção de ar agora divulgada não é utilizada num ciclo de trabalho normal.

[0054] Durante um ciclo de trabalho anormal, no qual resulte o esvaziamento da água do reservatório ou outro defeito que origine a sua descarga, o corpo flutuante atinge a zona de acoplamento e a válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água fecha. Nesta situação o nível da água desce, e esta descida do nível da água é acompanhada pela descida do corpo flutuante até que este atinge a zona de acoplamento, selando o sistema e impedindo a saída do ar. Consequentemente a pressão de pré-carga nunca se perde. O reservatório está apto para funcionar normalmente sem ser necessária a reposição da pré-carga ou outro tipo de intervenção.

[0055] Num ciclo de trabalho anormal podem ocorrer nas seguintes situações: falha de energia nas bombas; falha nas válvulas de retenção; entrada de ar no sistema pelo desferramento da bomba ou falta de proteção de nível de água; rutura da tubagem; falha na estanquicidade do reservatório; avaria no controlador de pressão (pressostato ou sensor de pressão). Desta forma, a válvula de retenção de ar agora divulgada mantém o reservatório pressurizado.

[0056] Como referido anteriormente, a conicidade é um melhoramento que facilita o encaixe entre a tampa e o tubo, bem como melhora a vedação. Para o funcionamento correto da válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água é apenas necessário que esta efetue a vedação/selagem do depósito e impeça a saída de água (pressão).

[0057] Numa forma de realização, a válvula inferior de retenção de ar para um reservatório pressurizado de água pode ser dimensionada em função do caudal de trabalho e apenas limitado pelo espaço interior do reservatório.

[0058] Numa forma de realização, a válvula agora divulgada pode funcionar num intervalo de pressões relativas entre 1-20 bar, preferencialmente entre 1-10 bar.

[0059] Numa forma de realização, a válvula pode ser construída para suportar pressões mais elevadas, sendo necessário reforçar o corpo flutuante e adaptar a válvula ao funcionamento mais exigente resultante das pressões mais elevadas.

[0060] Numa forma de realização as dimensões típicas da válvula são cerca de 50-120 mm de diâmetro.

[0061] Numa forma de realização, a presente divulgação poderá ser adaptada/implementada a reservatórios com membranas e sem membranas que já existem com relativa facilidade nos reservatórios que tenham flange ou rosca no fundo. A única dependência para esta adaptação/implementação está no diâmetro ou rosca do fundo do reservatório que deverá permitir a introdução/instalação da válvula agora divulgada.

[0062] Numa forma de realização, as guias podem ser substituídas por outras estruturas capazes de realizar a mesma função, como por exemplo um braço articulado, ou uma estrutura em chapa perfurada ou uma grelha. No entanto, estas alterativas possíveis, apesar de cumprirem a mesma função, são mais dispendiosas do que os tirantes/guias.

[0063] Numa forma de realização, as guias podem ser substituídas por uma grelha que comporta o corpo flutuante/válvula no seu interior (figura 3).

[0064] Numa forma de realização, o corpo flutuante, no caso exemplificado tem a forma cilíndrica, deste modo a grelha guia o corpo flutuante no movimento vertical que permite a entrada e saída de água. [0065] Numa forma de realização, o corpo flutuante e tampa estão acoplados. As funções deste conjunto são, nomeadamente, flutuar e tapar tubo para circulação de água com o exterior do reservatório.

[0066] Numa forma de realização, a divulgação agora apresentada pode apresentar uma estrutura responsável por flutuar desacoplada de uma outra estrutura responsável por tapar o tubo para circulação de água com o exterior do reservatório. No entanto, será necessário que os movimentos destas estruturas estejam coordenados.

[0067] A válvula agora divulgada pode ser incorporada num reservatório de inox com injeção de ar ou membrana, num reservatório de fibra com membrana e num reservatório de ferro com membrana. No caso de um reservatório com membrana será necessário remover a membrana do reservatório e posteriormente montar a válvula inferior de retenção de ar divulgação no presente documento.

[0068] Ainda que na presente divulgação se tenham somente representado e descrito realizações particulares da divulgação, o perito na matéria saberá introduzir modificações e substituir umas características técnicas por outras equivalentes, dependendo dos requisitos de cada situação, sem sair do âmbito de proteção definido pelas reivindicações anexas.

[0069] As realizações apresentadas são combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações da divulgação.