Escoamento variável sob pressão

5. HIDRODINÂ HIDRODINÂMICA MICA 5.2.. ESCOA 5.2 ESCOAMEN MENTO TO VARIÁVEL VARIÁ VEL SOB PRE PRESSÃO SSÃO Not otaas Br B r eves Unidade Curricular: Hidráulica, Hidrologia & Recursos Hídricos Docente: Prof. H. Mata-Lima Universidade da Madeira, 2007

5.2. Escoamentos Variáveis Sob Pressão

Tipos de 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.

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5.2.1. GOLPE DE ARÍETE (ou choque hidráulico) 

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O golpe de aríete é um escoamento variável que ocorre em condutos forçados (gravíticos ou elevatórios) (ver as Figuras); Nesse tipo de escoamento variável (golpe de aríete) é necessário considerar a compressibilidade do líquido e a deformabilidade das paredes 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. 2007


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Consequências do GOLPE DE ARÍETE 

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As 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 ARÍETE As 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 

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O tipo de escoamento variável que ocorre na galeria sob pressão entre a chaminé de equilíbrio e a albufeira é analisado sem considerar a influência da compressibilidade do líquido e a deformabilidade das paredes da galeria; No decurso do escoamento variável na galeria, há variação de nível da superfície livre do líquido na chaminé de equilíbrio devido à entrada e 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 Massa A 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 

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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 saída livre; 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 é muito 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 

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No caso do Golpe de Aríete : interessa conhecer as envolventes piezométricas (máxima e mínima) (i.e. pressões extremas) que permitirão dimensionar com segurança os condutos; No caso da Oscilação em Massa : interessa conhecer os níveis extremos 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 uma pesquisa bibliográfica mais aprofundada).

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