Modelagem e análise de transitórios hidráulicos e cavitação em linhas de recalque com ventosas

Abstract

Embora o desenvolvimento teórico dos modelos hidráulicos para análise de transitórios tenha avançado consideravelmente nas últimas décadas, ainda são verificadas consideráveis divergências entre os dados obtidos em campo ou laboratório e os resultados das simulações hidráulico-computacionais. O presente trabalho se propôs a desenvolver um modelo hidráulico que incorpora a cavitação gasosa por meio do Discrete Gas Cavity Model (DGCM), além da consideração do fator de atrito variável com o objetivo de analisar as pressões transitórias causadas pela parada súbita de conjuntos motor-bomba em linhas de recalque, sendo um sistema real de bombeamento de esgoto. O simulador desenvolvido teve suas rotinas e resultados validados por etapas seguindo a ordem de implementação das condições de contorno e efeitos dinâmicos através de software de simulação e análise de transitórios e de dados obtidos de instalação experimental. O modelo foi, então, aplicado para o estudo de um sistema real – Linha de Recalque do Saldanha (Lisboa/Portugal) – para simulação e análise hidráulica em escoamento transitório. Dados de campo mostraram a ocorrência de pressões transitórias abaixo da pressão atmosférica, mas sem resultarem em separação da coluna líquida. Visando a calibração do modelo hidráulico, foi necessário o estudo das condições de contorno do sistema, como a lei de fechamento das válvulas de retenção dos conjuntos motor-bomba, a admissão e a expulsão de ar pelas ventosas ao longo da linha de recalque e a variação da coluna líquida na extremidade de jusante da linha de recalque com descarga livre para a atmosfera. Sucessivas simulações foram realizadas para a reprodução das condições de escoamento por meio da comparação dos resultados numéricos com os dados coletados em campo. Os resultados obtidos demonstraram que as válvulas de retenção não eram estanques em seu fechamento máximo, que as ventosas admitiam grande quantidade de ar promovendo proteção local contra separação da coluna líquida, mas não evitaram pressões negativas na elevatória, que os efeitos do fator de atrito variável foram menos impactantes no sinal de pressão do que o ar admitido no escoamento pelas ventosas, e que o trecho final da linha de recalque, composto por uma tubulação disposta na vertical e por extremidade com descarga para a atmosfera, apresentou variação em seu nível e correspondente estabilização em cota inferior ao da extremidade.