A análise de transientes hidráulicos é fundamental para o dimensionamento e a segurança de sistemas de transporte de fluidos. Um dos fatores críticos nessa análise é a velocidade da onda de pressão (ou celeridade), que está diretamente relacionada às propriedades do fluido e dos materiais das tubulações. Entretanto, o impacto das características dos tubos no comportamento transitório vai muito além da celeridade, exigindo uma abordagem técnica mais robusta.
Diferenças de celeridade: tubulações rígidas x tubulações flexíveis
Em sistemas com tubulações rígidas (como aço carbono ou ferro fundido dúctil), a celeridade da onda de pressão geralmente varia entre 1000 m/s e 1300 m/s. Já em tubulações flexíveis, as quais possuem comportamento viscoelástico, como as feitas de PVC ou de PEAD, essa celeridade é significativamente menor, variando entre 300 m/s e 450 m/s – cerca de um terço do valor das tubulações rígidas.
Essa diferença levou à crença de que tubulações rígidas sempre geram pressões transitórias mais intensas do que as flexíveis. Porém, essa visão simplificada, baseada apenas na aplicação direta da Equação de Joukowsky, está equivocada.
Por que a equação de Joukowsky não é suficiente?
Embora a Equação de Joukowsky seja amplamente utilizada para calcular as variações de pressão transitória, ela fornece apenas uma parte da análise. Para um entendimento mais preciso, é necessário considerar o período de oscilação do sistema, ou seja, o intervalo de tempo que uma onda de pressão leva para atingir um ponto de reflexão e retornar à origem.
Em sistemas com tubulações rígidas, o período de oscilação é menor, enquanto, em tubulações flexíveis, esse período é mais longo. Essa diferença no comportamento pode gerar implicações importantes para a resposta transitória:
- Mudança no comportamento de escoamento: O que seria considerado um fechamento lento de válvulas e, portanto, não causaria pressões transitórias significativas em sistemas com tubulações rígidas, pode ser considerado rápido em sistemas com tubulações flexíveis. Isso aumenta o risco de picos de pressão em sistemas com tubulações flexíveis.
- Risco de subpressões prolongadas: Sistemas com tubulações flexíveis são mais suscetíveis a condições de subpressões transitórias prolongadas, o que pode levar ao colapso das tubulações ou à intrusão de contaminantes, o que se torna especialmente crítico em adutoras de água potável.
- Aumento de picos de pressão: Subpressões prolongadas também favorecem a separação da coluna líquida, seguida por sua rejunção. Esse fenômeno pode gerar picos de pressão elevados, aumentando o risco de falhas no sistema.
Resumidamente, uma vez que o período das tubulações flexíveis é mais longo, a dissipação de subpressões é mais lenta, o que aumenta o tempo de exposição do sistema a pressões negativas. Com isto, o fenômeno de separação da coluna líquida com sua posterior rejunção é potencializado e também há um aumento do risco de colapso das tubulações ou de intrusão de contaminantes no sistema, o que é especialmente crítico em adutoras de água potável.
A importância da modelagem e da interpretação dos resultados
Para projetar sistemas hidráulicos mais seguros e eficientes, é essencial realizar uma análise detalhada das condições transitórias. Isto inclui o uso de ferramentas de modelagem numérica avançada e uma interpretação criteriosa dos resultados. Somente dessa forma é possível determinar qual material – rígido ou flexível – é mais adequado para um caso específico, levando em conta fatores como:
- Características do fluido transportado;
- Comprimento e perfil elevatório do sistema;
- Tipo de operação (fechamento de válvulas, partida/parada de bombas, etc.);
- Condições ambientais e normativas.
As escolhas de materiais para tubulações não devem, portanto, ser baseadas apenas na celeridade ou na simplificação oferecida pela Equação de Joukowsky. Uma abordagem integrada e baseada em análises técnicas é fundamental para evitar falhas e otimizar o desempenho do sistema hidráulico.
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