Desenvolvimento de modelo numérico para cálculo de transitório hidráulico com interação fluido-estrutura de quatro graus de liberdade em sistemas de transporte de fluidos

Abstract

O transporte de fluidos é fundamental na vida moderna, seja nos processos produtivos industriais, transporte de água para abastecimento, coleta de esgoto ou na geração de energia. O escoamento nesses sistemas está sujeito a variações, chamadas de transientes hidráulicos, que pode ser intencional como a abertura ou fechamento de uma válvula, a partida ou o desligamento de uma bomba, ou pode acontecer de forma não intencional, como nos casos de interrupção de energia que desliga os equipamentos. Tais situações são potencialmente perigosas devido às variações bruscas de pressão decorrentes dos golpes de aríete, um dos principais fenômenos associados. O estudo mais preciso desses fenômenos leva em consideração os efeitos no fluido e no tubo, sendo chamado de interação fluidoestrutura (IFE). Este trabalho tinha como objetivo principal o desenvolvimento de algoritmo em Python para cálculo de sistema com dois tubos interligados por um cotovelo, com 4 graus de liberdade com IFE, estando presente o movimento axial e movimento lateral da tubulação e fluido com base no método das características (MOC) que se mostrou, nesse contexto, ineficaz para o tratamento de problemas de flexão de vigas, método utilizado para modelar o movimento das tubulações no movimento lateral. Também foi testado o método dos pontos fictícios que, de forma semelhante, se mostrou improdutivo. Como resultado desse estudo pode-se destacar o desenvolvimento de método de cálculo para MOC que não requer o uso de interpolações, o que simplifica o código e reduz o tempo de processamento, uma comparação entre dois tipos de malha de pressão e de tensão, uma comparação de tempo de processamento entre as funções linsolve e fsolve do Python e, por fim, um método alternativo para cálculo de movimento axial de instalação com dois trechos, independente do movimento lateral.