Engenharia aplicada no dia a dia industrial.
Trechos das Aulas da Pós Graduação
O QUE NINGUÉM TE CONTA SOBRE GOLPE DE ARÍETE | TRANSIENTE HIDRÁULICO
Pós-Graduação Engenharia de Movimentação de Fluidos e Equipamentos Industriais
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A pós-graduação foi desenvolvida para engenheiros que precisam dominar sistemas de bombeamento, tubulações, válvulas, compressores e o comportamento de fluidos na prática industrial, o que a faculdade não ensina.
O golpe de aríete é um transiente hidráulico que pode gerar picos de até 10 vezes a pressão nominal em milissegundos, ao fechar uma válvula ou parar a bomba de repente. É o que rompe tubulações aparentemente bem dimensionadas.
Conteúdo da Aula
Golpe de aríete não é problema de "fechar válvula rápido".
Quando o fluxo numa tubulação para de forma brusca, uma onda de pressão percorre o sistema a uma velocidade da ordem de 1.000 m/s, em alguns casos chegando a 1.400 m/s em tubulações metálicas. Note que isso é praticamente a velocidade do som. Para efeito de comparação, a velocidade média de escoamento de líquido fica entre 2 e 3 m/s.
A pressão pode chegar a 4, 5 e até 10 vezes a pressão nominal da instalação em milissegundos.
Na prática, o que isso significa? Você pode dimensionar a tubulação para 15 bar de pressão de projeto, com fator de segurança sobre 10 bar de operação, fazer o teste hidrostático, calcular as tensões axial e circunferencial corretamente, e mesmo assim a tubulação rompe. Porque o golpe de aríete coloca 100, 150 bar instantâneos no sistema.
E note que não rompe necessariamente onde a perturbação aconteceu. A onda viaja, e o ponto que cede é o mais fraco da linha, que pode estar metros ou dezenas de metros adiante.
Outra coisa que pouca gente liga: a pressão mínima do ciclo pode atingir a pressão de vapor do fluido. Quando isso acontece, há vaporização, retorno do líquido, cavitação. Aí o problema deixa de ser só sobrepressão e vira destruição mecânica do material. Golpe de aríete com cavitação associada é catastrófico.
Para análise rigorosa existem as simulações com equações acopladas (interação fluido-estrutura), que dão valores ainda maiores do que a equação de Joukowsky isolada.
No vídeo abaixo eu explico o fenômeno físico, mostro a animação e relato uma anedota do meu mestrado sobre divergência numérica versus divergência do fenômeno.
FAQ: Perguntas Frequentes
O QUE É GOLPE DE ARÍETE?
É a onda de pressão gerada pela variação brusca da velocidade do líquido, como no fechamento rápido de válvula ou parada de bomba. É um transiente hidráulico.
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POR QUE A PRESSÃO SOBE TANTO?
Porque a inércia da coluna de líquido, ao ser freada de repente, converte energia cinética em pressão. A equação de Joukowsky estima esse pico.
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COMO EVITAR O GOLPE DE ARÍETE?
Fechando válvulas devagar, usando válvulas de retenção adequadas, tanques hidropneumáticos, chaminés de equilíbrio e partida e parada suave da bomba.
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POR QUE A TUBULAÇÃO ROMPE MESMO SENDO ROBUSTA?
Porque o pico transitório pode superar em várias vezes a pressão de projeto por milissegundos, excedendo a resistência mesmo de linhas dimensionadas para o regime permanente.
