Estudos de Transiente Hidráulico

Sistemas de fornecimento de água, descarte de efluentes, transporte de substâncias petroquímicas, entre outros, estão sujeitos a flutuações de pressão decorrentes de condições transitórias de escoamento, denominadas transiente hidráulico. Elevadas variações de pressão podem trazer graves consequências às instalações normalmente resultando em ruptura/rompimento de tubulações e equipamentos.

Os transientes hidráulicos podem ser gerados de forma controlada, pelo operador do sistema, ou de forma indesejada, resultado de um evento externo como:

  • trip de bombas devido à falhas de energia e fechamento emergencial de válvulas,
  • seleção inadequada de componentes do sistema de bombeamento (ex.: fechamento inadequado de válvulas de retenção), ou
  • manutenções realizadas de forma descuidada.

Quando ocorrem de forma não controlada, os transientes hidráulicos podem configurar condições de escoamento não aceitáveis e causar danos ao sistema hidráulicos. Entre os principais problemas, pode-se destacar:

  • Sobrepressão no sistema podendo causar deformações permanentes ou ruptura de linhas e componentes;
  • Subpressão no sistema podendo causar colapso de linhas ou vazamento de fluidos estranhos ao sistema para o interior da tubulação por meio de juntas ou conexões;
  • Fluxo reverso causando danos a bombas, válvulas de retenção e/ou esvaziamento de tanque e reservatórios;
  • Vibração excessiva de tubulações podendo causar falhas mecânicas às linhas sujeitas à vibração excessiva ou até mesmo a linhas adjacentes;
  • Baixa velocidade de escoamento em linhas de descarte de efluentes podendo causar seu entupimento;

A FIGENER utiliza o software dedicado para cálculos de transientes de pressão em sistemas hidráulicos. A partir do software, o cálculo das cargas piezométricas e vazões instantâneas ao longo de uma tubulação, durante o transiente hidráulico, é realizado através do método das características, o que permite calcular os novos perfis de pressão e velocidade na tubulação, para cada instante de tempo, a partir do deslocamento sônico das ondas de pressão geradas pelas perturbações inseridas no sistema. Por conseguinte, o software permite avaliar a evolução de pressões, velocidades de escoamento, vazão (entre outras grandezas do escoamento) ao longo dos segundos que sucedem um evento que incita a ocorrência de um transiente hidráulico.

A análise da variação dessas grandezas, por sua vez, permite identificar os possíveis problemas gerados a partir dos eventos simulados como:

  • a separação de coluna de líquido e consequente formação de bolsões de vapor (cavitação),
  • variações bruscas na velocidade de escoamento,
  • colapso de bolsões de vapor e martelos hidráulico (golpe de Ariete).

A simulação pode ser realizada para uma série de equipamentos (acumuladores de líquido, acumuladores de gás, chaminés hidráulicas, válvulas controladoras de pressão, válvulas controladoras de fluxo, válvulas de retenção, válvulas de segurança, válvulas ventosas, bombas, além de outros equipamentos) o que permite a modelagem de sistemas complexos.

Após o diagnóstico dos problemas, são propostas alternativas para atenuar ou até mesmo eliminar os efeitos danosos resultantes de transientes hidráulicos indesejados. Algumas das alternativas são: a inclusão de válvulas de fechamento rápido, instalação de volantes de inércia, instalação de chaminés de equilíbrio, garrafas de amortecimento, partida controlada (soft start), instalação de válvulas ventosas e demais alternativas aplicáveis, sempre avaliando a melhor opção para cada sistema hidráulico. 

Alguns clientes que já realizaram estudos de transiente hidráulico com a FIGENER são: BRASKEM, SABESP, ENEVA, THYSSENKRUPP, GALVANI