Escoamento variável sob pressão

5. HIDRODINÂMICA

5.2. ESCOAMENTO VARIÁVEL SOB PRESSÃONotas Breves

Unidade Curricular: Hidráulica, Hidrologia & Recursos Hídricos Docente: Prof. H. Mata-Lima

Universidade da Madeira, 2007

2007 Copyright by the H. Mata-Lima, PhD. Univ. Madeira - http://dme.uma.pt/hlima

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5.2. Escoamentos Variáveis Sob Pressão

• Regimes Transitórios – são escoamentos variáveis que ocorrem entre dois regimes permanentes. Diz-se que os transitórios hidráulicos asseguram a passagem de um regime permanente para outro regime permanente. Um exemplo típico de transitótios hidráulicos é o Golpe de Aríete também designado por Choque hidráulico.

Pode distinguir-se três tipos de escoamentos variáveis sobre pressão:

(i) golpe de aríete;

(ii) oscilação em massa; e

(iii) Escoamento quase-permanente.

Tipos de Escoamentos Variáveis Sob Pressão:


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5.2.1. GOLPE DE ARÍETE (ou choque hidráulico)

O golpe de aríete é um escoamento variável que ocorre em condutosforçados (gravíticos ou elevatórios) (ver as Figuras);Nesse tipo de escoamento variável (golpe de aríete) é necessárioconsiderar a compressibilidade do líquido e a deformabilidade dasparedes do conduto.

Troço sujeito ao golpe de aríete

Causas do golpe de aríete: (i) arranque a paragem de máquinas hidráulicas; (ii) fechamento de válvulas e outros dispositivos (e.g. marco de incêndio); (iii) utilização incorrecta dos equipamentos de protecção; etc.


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Consequências do GOLPE DE ARÍETEAs sobrepressões podem provocar, em casos extremos, a rotura dos condutos se não forem dimensionados com critérios de segurança adequados;As depressões (pressões negativas) podem suscitar bolsas de cavitação. Tal situação tem efeitos perniciosos nos condutos, válvulas, bombas, e outros dispositivos de manobra e protecção.

Prevenção do GOLPE DE ARÍETEAs medidas de prevenção visam limitar o golpe de aríete a um

valor admissível, reduzindo a velocidade e limitando a sobrepressão em relação a depressão.

Exemplos de protecção:volante de inércia na bomba;válvula de descarga;balão de ar ou tipo ARAA (regulação automática de ar);aspiração auxiliar;balão anti-golpe de aríete (limita a sobrepressão e evita a cavitação).

Balão


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5.2.2. Oscilação em Massa

O tipo de escoamento variável que ocorre na galeria sob pressãoentre a chaminé de equilíbrio e a albufeira é analisado sem considerara influência da compressibilidade do líquido e a deformabilidade dasparedes da galeria;No decurso do escoamento variável na galeria, há variação de nívelda superfície livre do líquido na chaminé de equilíbrio devido à entradae saída do líquido;Em cada instante o caudal é constante em todas as secções da galeria;

O movimento do líquido oscila entre dois reservatórios devido à inércia do escoamento;

A oscilação em massa é o movimento variável que ocorre num conduto que faz a ligação entre dois reservatórios em que o nível da superfície livre varia, em pelo menos, um deles.


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Oscilação em MassaA Figura mostra a chaminé de equilíbrio num conduto elevatório.

A chaminé de equilíbrio actua na protecção contra a sobrepressão e depressão porque permite a oscilação do fluído no seu interior.


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5.2.3. Escoamento Quase-Permanente

Este tipo de escoamento variável também despreza a compressibilidade do líquido e a deformabilidade do material;O escoamento quase-permanente é uma situação típica dos reservatório de pequenas dimensões ligado a um conduto com a saídalivre;A superfície do líquido no reservatório baixa paulatinamente e a variação do escoamento no conduto é pequeno pelo que, o escoamento pode ser considerado permanente em cada instante.

Nota: nos dois reservatório apresentados, a variação da velocidade ao longo do tempo émuito lenta. À medida que a cota da superfície livre vai baixando o caudal e a velocidade diminuem lentamente.


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Objectivo do Estudo dos Movimentos Variáveis

No caso do Golpe de Aríete: interessa conhecer as envolventespiezométricas (máxima e mínima) (i.e. pressões extremas) quepermitirão dimensionar com segurança os condutos;

No caso da Oscilação em Massa: interessa conhecer os níveisextremos em oscilação nas chaminés de equilíbrio de modo a ser possível dimensionar uma chaminé que não permita a descarga do líquido.

(As informações fornecidas neste documento devem ser complementadas através de umapesquisa bibliográfica mais aprofundada).

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