Transiente Hidráulico e a Interação Fluido Estrutura (IFE)


animação mostra o que acontece num transitente hidraulico de golpe de ariete ou martelo hidráulico.
Golpe de Aríete - Fonte Guia do Estudante

Transiente hidráulico é o nome dado às condições do escoamento em que acontecem mudanças nas suas condições gerais.


Na teoria de Mecânica dos Fluidos também é chamado de escoamento em regime não permanente ou escoamento em regime transitório.


Nesse sentido, qualquer situação que faça mudar as condições, estamos diante de um transitório hidráulico.


Na vida prática acontece, principalmente, quando temos partida e parada de bombas ou compressores ou manobras em válvulas, com abertura ou fechamento, parcial ou total.


Quando um transiente acontece, o efeito mais conhecido é chamado de Golpe de Aríete ou Martelo Hidráulico que é quando temos a interrupção do fluxo, com o fechamento de uma válvula, por exemplo.


Nessa situação, acontece o que vemos na animação. O fluido que estava escoando, pára abruptamente chocando-se com a barreira criada, como se fosse uma batida de carro.


No caso, é criado uma onda de sobrepressão que viaja por toda a extensão do tubo provocando uma dilatação do tubo. Ao mesmo tempo, o fluido que está na tubulação irá expandir acompanhando essa dilatção, causando alteração da sua massa específica (densidade).


Essa onda viaja até o reservatório numa velocidade muito alta, chamada de celeridade e será refletida de volta para o início.


Acontece que a tubulação tem elasticidade (efeito de mola) e com a dilatação gerada, tem-se uma força oposta, no sentido de fazer o tubo voltar a condição inicial. Daí temos tipo um sistema vibratório convencional (massa - mola - amortecedor).


Assim, teremos também uma subpressão, fazendo com o que o tubo seja comprimido (essa parte não é mostrada na animação) e essa onda de subpressão também viaja por toda a extensão do tubo.


O processo se repete até toda energia ser dissipada.


Essa subpressão pode ser tal, que atinge a pressão de vapor do líquido, provocando o efeito de cavitação. Quando isso é muito severo a ponto de você ter um trecho só de vapor na tubulação, dá-se o nome de separação de colunas.


A teoria clássica de transiente hidráulico, os cálculos relativos ao que acontece na tubulação e no fluido são feitos separadamente, o que é chamado de equações "Desacopladas". Estas são apropriadas para tubulações bem ancoradas ou enterradas, mas quando temos tubulações livres, os erros quando comparados com dados medidos podem ser bastante signficativos.


Nesse caso, temos que lançar mão das equações acopladas, ou seja, que levam em consideração, ao mesmo tempo, o que acontece com a tubulação e o fluido, o que é chamado de Interação Fluido Estrutura (IFE)


Isso torna os cálculos muito mais complexos, requerendo aproximações por cálculos numéricos.


É aqui, que se concentra o nosso trabalho de mestrado, o desenvolvimento de algorítmo para cálculo envolvendo reservatório, tubulação em L e válvula o que confere ao sistema 4 graus de liberdade e um total de 8 equações diferenciais parciais hiperbólicas para descrever esses fenômenos.

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