5 - choque hidraulico (condutas adutoras graviticas e elevatorias), dispositivos de proteçao

Contedo

Docente Tericas: Maria Manuela Oliveira

0. Introduo 1. Sistemas de abastecimento de gua 1.1 Conceitos gerais. Principais componentes 1.2 Estaes elevatrias 1.3 Choque hidrulico 2. Sistemas de drenagem de guas residuais 2.1 Conceitos gerais. Principais componentes 2.2 Estaes elevatrias 2.3 rgos especiais 3. Sistemas de drenagem de guas pluviais 3.1 Conceitos gerais. Principais componentes 3.2 rgos especiais 3.2. Solues tcnicas no correntes 4. Conceitos bsicos de qualidade da gua, de tratamento de gua para abastecimento pblico e de tratamento de guas residuais.

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Docente Tericas: Maria Manuela Oliveira 2

1. 1 Choque Hidrulico

Choque Hidrulico:



Noo de Choque Hidrulico: variao de velocidade com um tempo de um escoamento numa conduta sob presso designado por Choque Hidrulico ou Golpe de Arete. O choque hidrulico ocorre em funo de uma alterao no regime de escoamento que pode ser devida: Ao acionamento de um vlvula Ou Devido paragem, arranque, ou mudana de rotao de uma bomba ou de uma turbina.

A modificao temporal da velocidade numa seo acompanhada pela variao de presso, e que ser tanto maior quanto mais rpida for a variao da velocidade. A causa destas alteraes podem ser: Aes voluntrias: acionamento de dispositivos de comando Aes involuntrias: devido a roturas ou bloqueios no circuito Devido ao arranque ou paragem das bombagens.



A forma como estas alteraes se vo manifestar ao longo da conduta condicionada pela celeridade. A celeridade representa a velocidade de propagao das perturbaes induzidas .

ou

D- Dimetro da conduta e espessura da conduta E mdulo de elasticidade do material da conduta mdulo de elasticidade volumtrico do fluido massa volmica do fludo C1 constante que traduz a influncia da forma de fixao da conduta na propagao das ondas de choque.

Valores : C1 = 1 ; gua = 1.96 Gpa; gua = 1000Kg/m3

E ao = 210 Gpa; E Ferro Fundido = 170 Gpa; E PVC = 3.1 Gpa; E PEAD = 1.5 Gpa



Variao da celeridade com a relao D/e, para os diferentes tubos comerciais das vrias classes de presso.

fonte: Hidrulica Urbana (J. S Marques, J. Oliveira Sousa)


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Riscos provenientes da ocorrncia de Choque Hidrulico: 1. Contaminao da gua tratada devido a infiltraes no exterior na conduta ( contaminao microbiolgica, qumica); 2. Enfunamento da tubagem;

3. Colapso da tubagem por esmagamento, resultante da sua incapacidade de resistir presso externa;

4. Enfraquecimento estrutural da conduta na zona da cavitao, devido deteriorao do revestimento;

5. Microfissurao, fadiga, perda de integridade fsica;

6. Rudo e vibraes.


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fonte : http://www.plumbingmart.com/

fonte : http://www.solutionsbyharper.com/

fonte : http://hwea.org/conference/2011ConferencePresentations/

Rotura em conduta devido ao choque hidrulico Esmagamento devido a depresses


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Choque Hidrulico em condutas gravticas


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Choque hidrulico em condutas gravticas


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fonte : Ana Cludia David 2012/2013



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O estudo dos escoamentos variveis pressupe a quantificao das variveis ao longo do tempo t e ao longo da conduta , x.

Caudal, Q = Q (x,t) Carga, H = H (x,t)

E pode ser desenvolvido por: 1. Mtodos Expeditos (obtm-se apenas a envolvente das presses ao longo da conduta); 2. Mtodos Numricos e Mtodos Grficos. Classificao das Manobras: As manobras podem classificar-se :

Caudal, Q Carga, H


1. Quanto ao modo de variao do Caudal Abertura ou Fecho;

2. Quanto amplitude da variao Total ou Parcial;

3. Quanto durao da manobra, T: T =O Manobra Instantnea; T


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No caso das condutas gravticas sob presso, as presses extremas so, por norma , provocadas pelo fecho e abertura de uma vlvula, em que as amplitudes das ondas de choque variam inversamente com o tempo de manobra.

Evoluo da Presso no Tempo

Na seo da vlvula:

Numa seo da conduta a distncia x da vlvula:

A lei de variao do movimento correspondente ao tipo de vlvula.

Relao Ta/Tc para cada tipo de vlvula

fonte: Hidrulica Urbana (J. S Marques, J. Oliveira Sousa)


Ta =Tempo de anulao /variao do caudal Tc = Tempo de manobra da vlvula


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Quantificao Expedita de Choque Hidrulico

Manobras instantneas T = 0 Manobras Rpidas T <

Frmula de Joukowsky- Allievi :


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Quantificao Expedita de Choque Hidrulico

Manobras Lentas T >

Frmula de Michaud:


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Exerccio de aplicao:

As condutas representadas na Figura 1 so de PEAD PE 100, E = 1500 MPA e em ambas circula um caudal de 20 l/s. A conduta de instalao A tem um comprimento de 2000 m e um dimetro de 225 mm, classe PN8. A Conduta de instalao B tem um comprimento de 1500 m e um dimetro de 110 mm, classe PN10.

a) Considerando as classes de presses de servio indicadas e o facto de no serem admitidas presses efetivas negativas, possvel em alguma das instalaes, A ou B, uma manobra de fecho total e instantneo da vlvula V?

b) Caso tal no seja possvel, qual teria de ser a durao mnima da manobra na instalao em causa?


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Choque Hidrulico em condutas elevatrias


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Choque hidrulico em condutas elevatrias

Em que: C Parmetro que depende do declive da conduta elevatria, calculado atravs do quociente entre Hman e L, ( coeficiente experimental)

L comprimento da conduta elevatria (m) K Coeficiente adimensional dependente do comprimento

V Velocidade inicial do escoamento (m/s) Hman Altura manomtrica (m)

Nas condutas elevatrias as duas situaes mais frequentes de anulao de escoamento so: 1. Anulao do escoamento por fechamento da vlvula que se pode encontrar quer no reservatrio quer na conduta. 2. Motivo de emergncia, por interrupo de energia ou outra razo em que o grupo de bombagem tenha que ser colocado fora

de servio. Tempo de anulao do escoamento Tp ser neste caso calculado com recurso equao de Rosich Mendiluce:


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Diagrama de envolvente de presses:

A definio das envolventes de presses ser efetuada pela aplicao de mtodos expeditos, tomando como parmetro fundamental o tempo de paragem de escoamento Tp.

Manobra instantnea Tp = 0

Frmula de Allievi:


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Manobra rpida Tp <

Frmula de Allievi:


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Manobra lenta Tp >

Frmula de Michaud:




Metodologia de Clculo:

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Choque Hidrulico: Dispositivos de proteo


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Choque Hidrulico - Dispositivos de Proteo :

1. Volantes de Inrcia;

2. Ventosas;

3. Reservatrios Unidirecionais (RUD);

4. By-Pass;

5. Chamins de Equilibrio;

6. Reservatrios de Ar Comprimido (RAC);

7. Vlvulas e Alvio;

8. Vlvulas de Reteno.


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1. Volantes de Inrcia: Objetivo: Aumentar a inrcia do conjunto bomba-motor, permitindo aumentar o tempo de paragem das bombas.

Finalidade no sistema: Conduzir a valores menos desfavorveis das presses extremas, reduzindo o valor mxima das presses negativas.

Aplicao: Por norma acoplado s bombas. Em condutas pouco extensas ( com comprimentos at 1000 m.)

Inconvenientes: Ao aumentar a inrcia, faz diminuir o rendimento dos grupos, o que dificulta o arranque das instalao, podendo dar-se a necessidade de instalar um equipamento que facilite o aumento gradual das rotaes da bomba, de forma a no gripar o motor.


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1. Volantes de Inrcia:


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2. Ventosa: Objetivo: Proteo contra as depresses, limitando o valor da presso ao da presso atmosfrica.

Finalidade no sistema: Permitir a entrada de ar nas condutas atravs de orifcio localizado na parte superior.

Aplicao: Em condutas.


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3. Reservatrios Unidirecionais (RUD): Objetivo: Proteo contra as depresses.

Finalidade no sistema: Alimentao da conduta elevatria quando a linha de energia atingir valores inferiores ao do nvel da gua do RUD.

Aplicao: Interligado conduta elevatria com vlvula de reteno de forma a evitar o retorno do escoamento.


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3. Reservatrios Unidirecionais (RUD):


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4. Bypass:

Objetivo: Atuar contra as depresses.

Finalidade no sistema: Atenuar a depresso na conduta de compresso e a sobrepresso na conduta de aspirao, ao permitir que o escoamento de montante para jusante se processe atravs de um Bypass, logo aps a paragem brusca da bomba, protegendo assim ambas as condutas.

Aplicao: Num circuito paralelo bomba, ligando a tubagem de aspirao tubagem de compresso, seguido de uma vlvula de reteno, normalmente fechada aquando do funcionamento da bomba.


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5. Chamins de Equilbrio:

Objetivo: Atuar contra as depresses e contra as sobrepresses, simultaneamente.

Finalidade no sistema: Possibilitar a oscilao em massa de gua entre a chamin e o reservatrio de distribuio, evitando nesse troo de conduta a ocorrncia de variaes elevadas de presses.

Aplicao: Em srie com o circuito , aps o equipamento de bombagem.

Inconvenientes: Na construo, pois podem assumir uma altura elevada; Necessidade de precauo para evitar a contaminao da gua uma vez que est em contato com a atmosfera.


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5. Chamins de Equilbrio:


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6. Reservatrios de Ar Comprimido (RAC):

Objetivo: Atuar contra as depresses e contra as sobrepresses, simultaneamente.

Finalidade no sistema: Possibilitar a oscilao em massa de gua entre RAC e o reservatrio de descarga, evitando nesse troo de conduta a ocorrncia de variaes elevadas de presses.

Aplicao: o dispositivo de proteo mais utilizado.

Inconvenientes: Como so recipientes fechados quem contm ar (gs) necessrio um compressor para repor a quantidade de ar perdida.


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6. Reservatrios de Ar Comprimido (RAC):


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7. Vlvulas e Alvio:

Objetivo: Atuar apenas contra as sobrepresses.

Finalidade no sistema: Possibilitar a oscilao em massa de gua entre RAC e o reservatrio de descarga, evitando nesse troo de conduta a ocorrncia de variaes elevadas de presses.

Aplicao: o dispositivo de proteo mais utilizado.

Inconvenientes: Como so recipientes fechados quem contm ar (gs) necessrio um compressor para repor a quantidade de ar perdida.


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8. Vlvulas de Reteno:

Objetivo: Impedir que fludo circule em sentido contrrio.

Finalidade no sistema: Atuar essencialmente na fase de sobrepresso, evitando a entrada do escoamento de retorno na bomba, aps paragem.

Aplicao: Aplicado sempre a jusante do grupo elevatrio e de preferncia com outro dispositivo, uma vez que poder no ser suficiente na proteo de sobrepresses se utilizado isoladamente.


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Choque hidrulico em condutas elevatrias:

Exerccio de aplicao:

Considere o seguinte esquema de bombagem. a) Estude o tipo de manobra a efetuar?


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Choque Hidrulico - Exemplo:


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5 - choque hidraulico (condutas adutoras graviticas e elevatorias), dispositivos de proteçao

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