Modelo numérico para cálculo de transitório hidráulico com separação de coluna e interação fluido-estrutura

Abstract

Falha de energia de bombas, ações repentinas de válvulas e a operação de sistemas de controle automático são todos capazes de gerar ondas de alta pressão denominadas transitórios hidráulicos (TH). A severidade do fenômeno, assim como os danos causados, podem ser tais que este torna-se um ponto de atenção em projetos de transporte de fluidos. Este trabalho trata do estudo do fenômeno e do desenvolvimento de um código numérico computacional, dos TH com interação fluido-estrutura (IFE) e separação de coluna em uma dimensão em sistemas de tubulações de transporte de fluidos. O modelo de IFE foi considerado como problema de condições inicial e de contorno, representado por um sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas que descrevem, simultaneamente, a propagação de ondas de pressão no líquido e de ondas de esforços axiais na estrutura. A separação de coluna é tratada como condição de contorno. O método das características (MC), associado ao método de interpolações lineares, foi utilizado para a resolução do sistema de equações diferenciais parciais hiperbólicas. O modelo numérico proposto foi validado com dados experimentais base do artigo (BERGANT, ANTON et al., 2005) cedidos pelo autor. para um sistema composto por um reservatório com nível constante à montante com um tubo único, reto e uma válvula acoplada à jusante rigidamente fixa. O modelo numérico unidimensional (1D), baseado em formulações matemáticas propostas por (TIJSSELING, 1993) e (BERGANT, ANTON et al., 2008), foi implementado na linguagem Python® para analisar IFE e separação de coluna em um sistema reservatório-tubo-válvula.