O dimensionamento do Golpe de Aríete é feito por modelação matemática no Estudo de Transiente Hidráulico da rede.
No Estudo de Transiente Hidráulico, as rápidas variações de pressão e caudal (teoria de golpe de aríete) nas redes são conhecidas por variações dependentes da posição e do tempo. Estas condições são representadas pelas equações da continuidade e de momento a seguir:
∂H/∂t=- c2/ gAL . ∂Q/∂x
∂H/∂x=- 1/ gAL . ∂Q/∂t + f(Q)
Onde:
H: pressão
Q: caudal
C: celeridade da onda
AL: comprimento do tubo
g: aceleração da gravidade
Para o Estudo de Transiente Hidráulico, essas equações podem ser simplificadas, levando em consideração as mudanças no eixo do tubo (fluxo em uma direção) e desconsiderando as condições de menor importância. Resolvendo as equações com as condições obtidas inicialmente, o resultado da solução do transiente hidráulico é obtido. Com exceção de aplicações muito simples, não se consegue chegar em uma solução direta.
Algumas soluções gráficas e algébricas têm sido desenvolvidas para solucionar estas equações no Estudo de Transiente Hidráulico. Essas análises são baseadas geralmente em um procedimento numérico chamado como o método das características (MOC; sigla em Inglês). Diversos programas foram produzidos baseados MOC: Wylie e Streeter em 1967, Chaudhry em 1987, Watters em 1988 e Martin em 2000.
Foi desenvolvido também um método numérico alternativo, no início de nome “Wave Plan Method” (Wood, ano de 1964). Este software chega em resultados iguais ao MOC, só que com a vantagem de possuir menos passos, em diversas ordens de magnitude, para se chegar em uma solução. O modelo físico é mais simples, o que permite se chegar em um maior entendimento do Estudo de Transiente Hidráulico.
Para o Estudo de Transiente Hidráulico, essa metodologia é baseada em um conceito preciso da física de que o transiente vem da geração e propagação das ondas de pressão ocasionadas pela perturbação do sistema (fechamento abrupto de válvulas, parada instantânea de bombas, entre outras). Uma onda de pressão percorre, na velocidade do som, até o conjunto liquido-tubo e é transmitida e refletida parcialmente em todas as descontinuidades do sistema (uniões, válvulas, reservatórios abertos e fechados, bombas e etc). Ela também se modifica pelo efeito da rugosidade existente na tubulação.
O texto acima mostra de maneira muito próxima como funciona o mecanismo real do Estudo de Transiente Hidráulico. O Wave Plan Method foi elaborado e estudado no decorrer dos anos, e hoje em dia é conhecido como “Wave Characteristic Method” (WCM): método usado pelo software comercial KYPipe SURGE.
Caudal
Caudal é quanto de líquido passa por uma bomba em um determinado período de tempo. Na análise de desempenho de uma bomba, podemos identificar dois parâmetros de caudal: caudal volumétrico (volume) e caudal mássico (massa).
Caudal Volumétrico (Q)
Caudal volumétrico é a leitura de uma curva hidráulica de uma bomba. Toda bomba consegue deslocar um volume por unidade de tempo (m³/h), seja qual for a densidade do líquido. No caso de abastecimento de água, o caudal volumétrico é a variável mais importante, pois precisamos que a bomba nos dê um determinado volume de água para consumo.
Caudal Mássico (Qm)
O caudal mássico é nada mais nada menos que a massa que uma bomba desloca por unidade de tempo (kg/s). A temperatura do líquido tem grande importância sobre o tamanho da massa que percorre a bomba por unidade de tempo, pois a densidade de todo líquido é alterada de acordo com a temperatura. De forma similar aos sistemas de aquecimento, refrigeração e ar condicionado, o caudal de massa é o que possui energia.
Pressão (p)
A pressão é composta por uma unidade de força e por outra unidade de área.
Pressão Estática
A pressão estática é obtida através da leitura de um manômetro que deve ser fixado perpendicular ao fluxo do líquido. Pode ser obtida também em uma situação estática em que o fluído está sob pressão.
Pressão Dinâmica
A pressão dinâmica é medida através da leitura da velocidade do fluído, e não pode ser medida por um manômetro normal.
Pressão Absoluta (Pabs)
A pressão absoluta é conhecida como a pressão que está acima do vácuo absoluto: 0 atm. Geralmente o valor de "pressão absoluta" é usada nos cálculos de cavitação.
Pressão Relativa (ou Pressão Efetiva)
A pressão relativa é a pressão superior a pressão atmosférica 1 atm. Normalmente um manômetro comum faz a leitura da pressão relativa, medindo a diferença de pressão entre o sistema e a atmosfera. Geralmente quando se fala de pressão, estamos nos referindo a pressão relativa.
Pressão Diferencial
A pressão diferencial é conhecida pela diferença entre as pressões medidas em dois pontos: diminuições de pressão provocada por um sistema de válvulas, com as mesmas unidades da pressão.
Altura Manométrica (H)
A altura manométrica de uma bomba mostra qual é a altura que uma bomba consegue elevar um determinado líquido. A altura manométrica é obtida em metros (m) e independe da densidade do líquido.
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