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Type: TCC
Title: Simulação computacional do fluxo induzido por vazamentos de água em tubulações
Title in English: Computational simulation of the flow induced by water leaks in pipes
Authors: Uchôa, José Gescilam Sousa Mota
Advisor: Lima Neto, Iran Eduardo
Keywords in Brazilian Portuguese : Sistema de distribuição de água;Vazamentos;Coeficiente de descarga;CFD;Água - Distribuição
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Issue Date: 2022
Citation: UCHÔA, José Gescilam Sousa Mota. Simulação computacional do fluxo induzido por vazamentos de água em tubulações. 2022. 65 f. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: O relatório do IPCC (Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas) de 2021 indica mudanças na quantidade e sazonalidade da água devido às mudanças climáticas e reporta que aproximadamente 80% da população mundial já sofre de altos níveis de ameaça à segurança hídrica. Dada a vulnerabilidade dos recursos hídricos e o papel das mudanças climáticas na intensificação dos impactos adversos nas sociedades humanas, pode-se afirmar que existe uma grande demanda para a realização de estudos acerca da detecção e quantificação de perdas em sistemas de adução e distribuição de água. Nesse contexto, o objetivo geral desta pesquisa foi avaliar o impacto de fatores geométricos, hidráulicos e hidrodinâmicos em vazamentos de água em tubulações de aço por meio da fluidodinâmica computacional (CFD). Para tanto, utilizou-se o software ANSYS FLUENT. A calibração e validação dos modelos matemáticos testados foi realizada com base em dados experimentais considerando diferentes condições de contorno de pressão e velocidade, com tubos de três diâmetros (DN25, DN 50 e DN 100). Os resultados mostraram que os modelos de turbulência RANS (k-ε e k-ω SST) podem reproduzir bem o fenômeno de vazamentos em tubulações de água, apresentado um desvio máximo de 8% em relação ao coeficiente de descarga (Cd) obtido experimentalmente. Os resultados indicaram ainda que a variação do Cd como uma função do diâmetro e da forma dos orifícios pode ser atribuída ao efeito da curvatura do tubo na convergência do fluxo através do orifício. Correlações empíricas e provindas das simulações explicando o Cd através de parâmetros adimensionais (d/D, ΔH/D e Re) apresentaram alto valor de R-quadrado (95,01% e 79.08%, respectivamente). A aplicação dessas correlações em cinco adutoras do Ceará indicou que o uso tradicional do Cd como uma constante pode induzir a erros de quantificação das perdas, e consequentemente a equívocos nas tomadas de decisão.
Abstract: The 2021 IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) report indicates changes in water quantity and seasonality due to climate change and reports that approximately 80% of the world's population already suffers from high levels of threat to water security. Given the vulnerability of water resources and the role of climate change in intensifying adverse impacts on human societies, it can be said that there is a great demand for studies on the detection and quantification of losses in water supply and distribution systems. In this context, the general objective of this research was to evaluate the impact of geometric, hydraulic, and hydrodynamic factors on water leaks in pipes through computational fluid dynamics (CFD). For that, the ANSYS FLUENT software was used. The calibration and validation of the tested mathematical models were performed based on experimental data considering different pressure and velocity boundary conditions, with pipes of three diameters (DN25, DN 50 and DN 100). The results showed that the RANS turbulence models (k-ε e k-ω SST) can reproduce well the phenomenon of leaks in water pipes, presenting a maximum deviation of 8% compared to the discharge coefficient (Cd) obtained experimentally. The results further indicated that the variation of Cd as a function of orifice diameter and shape can be attributed to the effect of tube curvature on the flow convergence through the orifice. Empirical correlations and those from simulations explaining Cd through dimensionless coefficients (d/D, ΔH/D, Re) presented a high R-squared value (95.01% and 79.08%, respectively). The application of these correlations in five water mains in Ceará indicated that the traditional use of Cd as a constant can lead to errors in the quantification of losses, and consequently mistakes in decision making.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75031
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7855558351551722
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2172710817636278
Access Rights: Acesso Aberto
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