Transiente hidraulico

1. transiente hidráulico em condutos forçados
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL
DISCIPLINA DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E TRATAMENTO DE ÁGUA

2. O Golpe de Aríete

3. O Golpe de Aríete
Ocorre devido a uma mudança brusca na
velocidade do fluido, gerando ondas de pressão.

4. O Golpe de Aríete

5. O Golpe de Aríete
A intensidade do golpe de aríete depende da compressibilidade do
líquido, da elasticidade do tubo e do tempo em que é realizada e a
alteração da velocidade.
Os principais efeitos decorrentes desse fenômenos são numerosos,
podendo-se destacar o rompimento ou colapso da tubulação

6. Celeridade ( C ): refere-se à velocidade com que a
onda de pressão se desloca em uma tubulação.
Onde:
C: Celeridade efetiva de propagação da onda de pressão, em m/s;
k: módulo de elasticidade volumétrica da água, em Kgf/m²;
ρ : Massa específica da água, em Kgf.s²/m⁴;
D: Diâmetro da tubulação em mm;
e: Espessura da parede do tubo, em mm;
E: Módulo de elasticidade linear do material do tubo, em Kgf/m²;
Ψ: Fator relativo á fixação do conduto;
µ: Coeficiente de Poisson do material de que é feito o tubo, adimensional.

7. O Golpe de Aríete
De acordo com a NBR 591/91 o fator ψ deve ser analisado da
seguinte forma:
ψ = (5/4) - µ: conduto ancorado contra movimento longitudinal numa
extremidade e livre na outra.
ψ = 1 - µ²: conduto ancorado sem movimento longitudinal em toda a
sua extensão (conduto enterrado).
ψ = 1 – (µ/2): conduto com junta de dilatação, entre ancoragens, ao
longo de toda a sua extensão.
ψ = 1: conduto assentado com juntas de dilatação em toda sua
extensão

8. Avaliação da variação da carga de pressão
Manobra rápida
Quando o tempo de fechamento da válvula é inferior ao período em
que a onda de pressão gasta para ir ao longo da tubulação e voltar à
válvula. ( t ≤ 2L/C).
ΔHmax = C.U/g ( equação de Joukovsky)
Em que:
ΔHmax: carga de sobrepressão, em mca;
C: celeridade, em m/s
U: velocidade média da água, em m/s
g : aceleração da gravidade, em m/s²

9. Avaliação da variação da carga
de pressão
Manobra lenta
Tempo “t” de fechamento da válvula é superior ao período em que a
onda de pressão gasta para ir ao longo da tubulação e voltar à
válvula. ( t ≥2L/C).
(Equação de Michaud)
Em que:
ΔHmax: carga de sobrepressão, em mca;
C: celeridade, em m/s
U: velocidade média da água, em m/s
g : aceleração da gravidade, em m/s²
L : comprimento da tubulação

10. Métodos para controle de
transiente
Pode se utilizar de quatro métodos:
1. Reduzindo o valor da velocidade de fechamento do registro;
2. Aumentar o tempo de desaceleração das bombas;
3. Reduzindo o valor da celeridade da onda elástica.
4. Utilização de dispositivos de proteção.

11. Métodos para controle de
transiente
A redução da celeridade pode ser obtida
por:
a) Redução do valor de k . Isto é possível
através da introdução de bolhas de ar no
escoamento líquido. Entretanto, isto gera
outra ordem de problemas, como danos às
tubulações, bombas, etc.
b) Aumento do diâmetro Interno (D) ;
c) Diminuição do módulo de elasticidade
linear (E) do material do tubo, implicando na
mudança da tubulação quando se tratar de
construção já executada.
d) Diminuição da espessura da parede do
tubo (e) , implicando também na mudança
da tubulação quando se tratar de construção
já executada.

12. Controle de transiente: Volante de inércia
Aumenta a inércia das partes girantes, reduzindo a taxa de
desaceleração da bomba e a correspondente a taxa de mudança da
vazão, bem como a subpressão. Ficam restritos a pequena
instalações.

13. Controle de transiente: Volante de inércia
Vantagens:
1.Controle das envoltórias de
mínimas pressões;
2.Baixo custo relativo;
Desvantagens:
3.Não controla suficientemente as
envoltórias de máxima;
4.Consome mais energia.

14. Controle de transiente: Válvula antigolpe de aríete
ou válvula de alívio
Utilizada numa derivação da tubulação de recalque para combater os problemas de
sobrepressão. Dotada de duas câmaras separadas por um diafragma, atuando
quando solicitada por uma pressão adicional. O diafragma se movimenta liberando
um orifício que permite a passagem de água para atmosfera.

15. Controle de transiente: Válvula
antigolpe de aríete ou válvula de alívio
Vantagens:
1.Controle das envoltórias de mínimas e máximas pressões;
2.Baixo custo relativo e sem consumo de energia elétrica;
Desvantagens:
3.Está limitada à velocidade de resposta das válvulas e
portanto não controla suficientemente as envoltórias de
mínimas e máximas pressões;
4.Aplica-se com boa eficiência até 200 mm;
5.Perda de água.

16. Controle de transiente: Válvula
antigolpe de aríete ou válvula de alívio

17. Controle de transiente: Reservatório
hidropneumático
Reservatório metálico, onde água e ar são acumulados sob pressão no interior.
Posicionado logo após a válvula de retenção, permite amortecer tanto a pressão
mínima, cedendo uma certa quantidade de água para a tubulação, quanto a pressão
máxima, ao receber água da tubulação, comprimindo o ar.

18. Controle de transiente: Reservatório
hidropneumático
Vantagens:
1.Controle de envoltórias máximas
e mínima;
2.Não depende do perfil
topográfico da rede.
Desvantagens:
3.Elevado custo de construção,
consumo de energia elétrica e
manutenção dos equipamentos
elétricos e de ar comprimido.

19. Controle de transiente:
Chaminé de equilíbrio
Dispositivo utilizado para combater tanto subpressões quanto sobrepressões.
Consiste em uma tubulação vertical, aberta para atmosfera, de tal maneira a permitir
a oscilação do nível da água
Vantagens:
1.Redução das envoltórias máximas e
mínimas;
2.Não consume energia elétrica;
Desvantagens:
3.Custo de construção;
4.Necessidade de estar próximo da linha
piezométrica e do perfil topográfico da
adutora;

20. Controle de transiente:
Chaminé/Torre de equilíbrio

21. Controle de transiente: Tanque
alimentador unidirecional (TAU)
Funciona de maneira semelhante à chaminé de equilíbrio, porém, com objetivo de
alimentar a tubulação, quando da ocorrência de subpressões. Assim o TAU não
precisa ser muito elevado e deve se localizar nos pontos mais sujeitos á separação
da coluna líquida
Vantagens:
1.Controle de envoltória de mínima
pressão;
2.Não consome energia elétrica;
Desvantagens:
3.Elevado custo de construção;
4.Não controla envoltória de máxima
pressão;
5.Protege apenas trechos específicos
da rede;
6.Precisa de manutenção de boias
de nível e válvulas.

22. Controle de transiente: Tanque alimentador
unidirecional (TAU)

23. Métodos para controle de
transiente
Utilização de equipamentos: