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Como Funciona um rio “Preguiçoso”
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Especialistas explicam os sistemas hidráulicos e a engenharia que movimenta a água
Os rios preguiçosos estão ganhando popularidade entre os clientes residenciais e comerciais nos EUA.
Ao longo dos últimos anos, eles se tornaram tendência, não apenas em parques aquáticos, mas também em resorts e piscinas comunitárias, à medida que esses empreendimentos buscam maneiras de aumentar a frequência.
Agora eles estão surgindo nos quintais, graças em parte a um sistema fabricado que simplifica a instalação. Mas, por outro lado, ainda apresentam desafios de design por ter um grande volume de água movendo-se entre 1 a 2 km/h e também por contornar curvas do trajeto sem interrupção.
Esses desafios especiais fizeram com que alguns designers e projetistas encomendassem pesquisas científicas sobre o assunto e desenvolvessem processos, cálculos e planilhas de dimensionamento “guardadas a sete chaves”. Para conhecer mais sobre essa complexa hidráulica, a PSN consultou os projetistas que criaram rios preguiçosos da maneira tradicional com os mais novos sistemas de propulsão.
Coração do sistema
Os sistemas tradicionais de rio lento são abastecidos pelas mesmas bombas usadas em piscinas e spas–apenas maiores e em maior quantidade.
De um modo geral, as bombas centrífugas de sucção horizontal podem ter de 10 a 40 CV’s de potência, dependendo do tamanho e do volume do rio. O objetivo é mover o rio entre 1,6 km a 3,2 km/hora.
O sistema de fluxo motriz, ou movimento de água no rio, é separado da filtração. Com cálculos apropriados, as bombas de motrizes podem ser colocadas longe do rio, conforme exigências do relevo do terreno e, também, condições técnicas visando aspectos econômicos e design do empreendimento.
No lado comercial e residencial, um sistema de propulsão feito para rios preguiçosos está se tornando mais popular nos EUA.
O sistema River Flow consiste em uma bomba de fluxo axial de alta capacidade e baixa altura montada verticalmente. As bombas são projetadas para movimentar grandes volumes de água com pouca potência–uma bomba de 7½ HP pode movimentar cerca de
9.500 litros, diz Peter Davidson, presidente da Current Systems Inc., produtora dos sistemas com sede em Ventura, na Califórnia. Seu design, entretanto, requer que as bombas sejam colocadas perto do rio.
Independentemente do tipo de bomba, acionamentos de frequência variável são populares nos EUA. Isso permite que os projetistas e operadores acelerem ou diminuam a velocidade da água em determinados pontos, onde eles acharam apropriado. Designers também podem ajustar os VFDs (acionadores de frequência variável) para empurrar mais água ao redor dos cantos, se necessário, para mover os usuários sem impedir o fluxo no entornodas curvas. Isso pode ser especialmente útil em curvas apertadas.
“Funciona muito bem, e nossos clientes es-tão realmente satisfeitos e se divertem, porque se sentem como pilotos de sua própria nave”, diz Ken Martin, diretor fundador da Aquatic Design &Engineering, com sede em Orlando.
No entanto, os VFDs não permitem cálculos negligentes por aqueles que esperam aperfeiçoar o mecanismo em uma segunda fase.
Os projetistas precisam ter dados precisos para o dimensionamento para que o projeto seja econômico e o mais eficiente possível.
Ao projetar com todo esse “poder”, o aprisionamento e a pouca flexibilidade se tornam um problema ainda maior que o normal.
“Você tem todas essas bombas muito potentes que estão puxando a água do canal do rio e empurrando- a de volta por meio de alguns bicos de alta potência”, diz Martin. “Então temos que ser bastante cuidadosos”.
Por esta razão, devem ser seguidas as determinações da Lei de Segurança de Piscina e
Spa de Virginia Graeme Baker. A empresa de Martin prefere enviar água do rio para um tanque coletor antes de voltar para a bomba. “As bombas nunca são conectadas diretamente ao próprio rio”, diz ele. “[então] não há como usuários ficarem presos. ”
Força motriz
A água empurra o rio através de uma série de jatos ou entradas colocadas por toda parte.
As entradas tradicionais não são como termas ou jatos de corrente, mas consistem em tubos alimentados na parede ou no chão do rio.”O ângulo é importante”, diz Terry Brannon, presidente da The Brannon Corporation, uma empresa de engenharia e consultoria sediada em Tyler, no Texas. “Um ângulo muito íngreme e o jato de água explodem na superfície como um grande borbulhador. Um ângulo muito plano, e toda corrente de fluxo é transmitida para a água no chão, o que não é muito eficiente”.
Os jatos são ajustados para a direção em que a água precisa se mover e o ideal éficar entre
30 a 45 graus da horizontal (para jatos de piso) ou vertical (para jatos de parede). Eles são nivelados com as paredes ou o chão. Geralmente os produtos da Brannon são feitos comtubos de duas polegadas e instalados em grupos de três ou mais de cada vez. Por outro lado, os sistemas River Flow usam encanamentos muito maiores–de 10 a 12 polegadas, com conexões de retorno especialmente feitas.
Muitos designers preferem posicionar os jatos ou entradas nas paredes. Para Brannon, a questão é evitar riscos de tropeçar. Ele coloca as entradas de ambos os lados do rio, apontadas para o centro.
Se o rio forma uma curva ou circuito, o designer
David Schwartz prefere colocar os jatos na parede externa para facilitar o movimento no entorno das curvas. “É aí que a maior velocidade ocorrerá em relação à parede interna”, diz Waters Edge Aquatic Design em Lenexa, Kan. “Se você o colocar na parede interna, ele só se acumulará contra a parede externa. Desta forma na parede externa, vai curvar-se”.
Mas as paredes não são tão altas como a largura do piso, de modo que não existe tanto espaço.
Em rios muito largos, principalmente os comerciais, pode fazer mais sentido colocar os jatos no chão. Brannon viu instalações onde as entradas foram no chão, em grupos de 10 ou 12 dutos.
Independentemente da orientação, a água não deve sair dos bicos com velocidade superior a 22 km/h, para segurança do usuário. As taxas de fluxo geralmente caem em cerca de
4.500 a 6.800 litros por minuto, diz Schwartz.
Davidson usa outra faixa para velocidades de bocal. Ele gosta de vê-los pairar em torno de três a quatro vezes a velocidade média do rio.
“Se a velocidade média da corrente do seu rio é de 2,7 km/h, uma boa velocidade no bico é de aproximadamente 11 km/h”.
Ao redor das curvas
Um dos desafios mais difíceis e importantes é fazer com que a água vire nos cantos. Se ela se move muito rápido, pode amontoar-se no lado externo e talvez até derrame. Isso reduz a profundidade da água na curva interna.
A gravidade causa grande declive da água mais alta para a porção inferior e assim colidem entre si. Por outro lado, se a água se mover muito devagar, pode paralisar a correnteza.
O aperto das voltas desempenha um papel significativo. “Nós vimos outras instalações em que os tubos são basicamente apanhados em um redemoinho e um salva-vidas tem de ficar na água e empurrá-los ao redor, tornando as voltas muito apertadas”, diz
Schwartz. A velocidade da água, profundidade e largura do rio determinam o quanto os cantos podem virar.
De modo geral, quanto mais amplo o fluxo, mais ampla é a curva, acrescenta Schwartz.
Maiores velocidades também requerem voltas mais amplas. Isso ajuda a colocar jatos de parede nos cantos, mesmo que o restante dos jatos esteja no chão, diz Brannon.
Natureza da água
Alguns princípios da mecânica dos fluidos ajudam na concepção desses recursos. O projeto do rio lento usa “água para empurrar a água”. A força cinética é vital para o funcionamento do rio lento: uma vez acumulada (em quantidade suficiente), ela colabora com parte do trabalho das bombas. O processo de combater a inércia da água parada e alcançar o pico da força cinética pode levar vários minutos, atémeia-hora em rio lento, especialmente longo, diz Schwartz. Entretanto, levará menos tempo para conduzir a água de volta ao estado de repouso, após o sistema se encerrar, acrescenta.
A força cinética torna possível mover a água com menos energia elétrica. Quando a velocidade desejável da água é alcançada, a potência das bombas pode ser reduzida de 25 a 50%, dizem os profissionais.
Essa força também ajuda a criar algumas combinações interessantes. Por exemplo, Waters
Edge recentemente criou um rio lento que passa por uma piscina de ondas de um lado para o outro, em um parque aquático municipal chamado LongBranchLagoon, em Dodge
City, no Kansas.
Os declives entram na piscina de ondas de um lado e flutuam para uma abertura na outra extremidade. São feitos sem jatos na piscina de ondas. Em vez disso, é usada a força cinética contínua do rio, mesmo quando as ondas estão ligadas.
Outras coisas contribuem para essa funcionalidade. Para começar, a água se move de forma diferente em uma piscina de ondas e em um rio lento.“As ondas não empurram para fora, elas pulsam para cima e para baixo”, diz Schwartz. “Já o rio lento é empurrado horizontalmente, então são distintos, e um tipo de fluxo de água não interfere com o outro”. Além disso, a água não é compressível como um gás. Isso ajuda efetivamente a manter seu volume, forma e direção à medida que passa pelo outro corpo de água, com pouca dissipação. “Se você superar a inércia e ganhar impulso suficiente, será possível mover a água através de outra água”, observa Schwartz. “Em vez de pensar nisso como um líquido, pense como um sólido muito flexível, então ele empurra a piscina de ondas”.
Nesse caso, as ondas na piscina eram suaves, medindo cerca de 30 a 45 cm da calha até a crista. Mas as ondas podem inclinar levemente as pessoas. Para garantir que as pessoas consigam passar pela correnteza de volta ao rio, os designers calcularam com que força as ondas empurrariam as pessoas e compensariam adequadamente a vazão do rio.
Em ambientes residenciais, Davidson criou rios para fazer o mesmo em piscinas regulares. O fluxo se move através da piscina para que as pessoas possam voltar a entrar no rio do outro lado. É preciso cálculos bastante sofisticados para descobrir isso e devem ser feitos por engenheiros qualificados.
Os designers também devem ter cuidado sobre onde fazer isso. Por exemplo, os rios nunca devem ser interrompidos perto de uma curva, seja para atravessar outra piscina ou fornecer uma área de entrada e saída para boias.
Se o designer fizer isso, o rio perderá força cinética, diz Brannon.
Fonte: Revista ANAPP Edição 138