Transiente Hidráulico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL (UFMS)

FACULDADE DE ENGENHARIAS, ARQUITETURA E URBANISMO (FAENG)

MATHEUS ALEXANDRE OLIVEIRA DE SOUZA

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GOLPE DE ARÍETE – TRANSIENTE HIDRÁULICO

CAMPO GRANDE – MATO GROSSO DO SUL

2017

 INTRODUÇÃO:

 Sempre que uma coluna líquida em movimento permanente, num conduto forçado, é acelerada ou desacelerada, caracterizando um escoamento variado, a pressão no sistema considerado se modifica, havendo um aumento ou diminuição da mesma em relação ao valor inicial, correspondente ao valor da pressão do escoamento permanente. Por exemplo, ao abrirmos um registro se estabelece no conduto um regime de escoamento uniforme, o escoamento se da devido à diferença de pressão entre o interior do conduto e o seu final, onde o fluido é liberado, ao ser fechado total ou parcialmente, o registro provoca uma alteração no regime diminuindo sua vazão, a área do conduto permanece constante e como sabemos a vazão é o produto da área pela velocidade, então o registro provoca uma alteração na velocidade do escoamento logo a montante do registro, a redução na velocidade ocorre devido à desaceleração provocada pelo registro, como sabemos pressão é uma força aplicada sobre uma área, e força é o produto da massa pela aceleração, logo o regime ao ser desacelerado provoca um aumento de pressão que se propaga através de ondas chamadas ondas de pressão. As ondas de pressão propagam-se ao longo da tubulação, desde o ponto onde foram produzidas até suas extremidades onde sofrem reflexões totais ou parciais, mudam as amplitudes de positivas para negativas e retornam ao local de origem. O termo Golpe de Aríete foi forjado pelos pesquisadores franceses, que assimilaram o som rítmico produzido pelas sucessivas ondas de pressão que atingiam um registro de gaveta ao som das batidas de um aríete ao arrombar portas e muralhas de fortificações. O aríete é uma antiga máquina de guerra, usada até o século XV, consistindo basicamente de um tronco de madeira pendurado em um pórtico; o tronco, impulsionado por vários soldados, era arremetido seguidas vezes contra a porta ou muralha a ser arrombada.

A abertura e o fechamento de válvula, a partida ou a parada de bombas hidráulicas, a abertura e o fechamento de distribuidor de turbina, ou mesmo o rompimento de um ponto de tubulação estão entre as principais causas do Golpe de Aríete. A abertura e o fechamento de válvula, a partida ou a parada de bomba, a abertura e o fechamento de distribuidor de turbina, ou mesmo o rompimento de um ponto de tubulação estão entre as principais causas do Golpe de Aríete. A abertura e o fechamento de válvula, a partida ou a parada de bomba, a abertura e o fechamento de distribuidor de turbina, ou mesmo o rompimento de um ponto de tubulação estão entre as principais causas do Golpe de Aríete. A atenuação dos esforços nos condutos forçados é feita através de dispositivos especiais de proteção como câmaras elásticas, chaminés de equilíbrio, descargas sincrônicas, etc.

Os sistemas elevatórios que tenham seu fornecimento de energia elétrica interrompido, ou mesmo pelo desligamento normal dos motores, estão sujeitos a golpes de aríete que poderão atingir valores elevados conforme alguns fatores como a potencia da bomba hidráulica.

GRANDEZAS FISICAS:

P = pressão;

Q = vazão;

H = carga hidráulica;

v = velocidade;

D = diâmetro interno do conduto;

e = espessura da parede;

L = comprimento do conduto;

s = duração da manobra;

p = peso especifico do fluido;

K = modulo de elasticidade volumétrica;

E = modulo de elasticidade linear;

 

PROPAGAÇÃO DAS ONDAS DE PRESSÃO:

Suponhamos um conduto forçado saindo de um reservatório, inicialmente operando em regime permanente onde a vazão e a velocidade media do fluido é constante, com um comprimento L e uma carga hidráulica H no reservatório, no final do conduto existe um registro capaz de bloquear total e instantaneamente a vazão, esse registro é fechado, bloqueando instantaneamente a vazão do fluido, na pratica os fluidos são compressíveis, uns mais ou menos que outros, no instante em que o registro é fechado, a primeira camada do fluido que chega até ele é comprimida, causando um impacto no registro, após isso as outras camadas continuam fluindo e se chocando com a próxima camada, cada camada subsequente provoca à compressão das camadas a jusante, cada camada vai sendo literalmente empurrada contra o registro e devido à força de compressão vão sendo adensadas provocando uma expansão volumétrica na tubulação, que tende a se romper. As camadas sendo comprimidas, de jusante para montante, juntamente com a dilatação do conduto, dão origem ao que chamamos de ondas de pressão, que se propagam com celeridade “a”, qual depende do modulo de elasticidade de volume do liquido e do modulo de elasticidade do material que é feito o conduto. Na compressão a energia cinética é convertida em energia de pressão, quando a ultima camada se choca ela tende a voltar para o reservatório, o mesmo ocorre com todas as camadas comprimidas, a energia cinética convertida se acumula e inverte o sentido do escoamento até atingir o equilíbrio estático, algo semelhante a uma mola que ao ser comprimida armazena a energia e tende a descomprimir-se. Essa inversão da velocidade de escoamento gera uma sobpressão que pode fazer com que as paredes do conduto se comprimam.

CELERIDADE:

Celeridade é a velocidade de propagação das ondas, no transiente hidráulico a onda de pressão é do tipo elástica.

A equação representa fisicamente a celeridade de onda elástica no meio fluido considerado infinito, isto é, sem fronteiras. Como exemplo, pode-se estimar a velocidade do som na água tomando-se para a água “ E’ ” = 2,07 x 10^8 Kgf./m² e “p” = 102 kgf/m^4 , obtendo--se “a” = 1425 m/s.

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Em um conduto deformável, feito de um material cujo modulo de elasticidade é “E”, transportando um liquido incompressível de massa especifica “p”, a celeridade é calculada pela formula de Young.