Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87431
Tipo: Tese
Título: Proposição de um novo dispositivo para alívio de golpe de aríete: tubo de admissão e expulsão bidirecional (TAEB)
Título em inglês: Proposal for a new device to relieve water hammer: bidirectional intake and discharge pipe (TAEB)
Autor(es): Teixeira, Lucas Florêncio da Cunha
Orientador: Castro, Marco Aurélio Holanda de
Palavras-chave em português: Válvula de alívio;Transitórios hidráulicos;Dispositivos de proteção contra o transiente;Método das características;Chaminés de equilíbrio
Palavras-chave em inglês: Relief valve;Hydraulic transients;Transient protection devices;Characteristics method;Surge tanks
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::RECURSOS HIDRICOS
Data do documento: 2026
Citação: TEIXEIRA, Lucas Florêncio da Cunha. Proposição de um novo dispositivo para alívio de golpe de aríete: tubo de admissão e expulsão bidirecional (TAEB). 2026. 236 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: Este trabalho se destina a avaliar o desempenho, em termos de proteção contra o golpe de aríete, do dispositivo Tubo de Admissão e Expulsão Bidirecional (TAEB), novo dispositivo proposto para a atenuação dos transientes hidráulicos. O TAEB consiste de um tubo prolongado com uma Ventosa no final da sua estrutura e o seu princípio de funcionamento baseia-se na hipótese de que a adição do tubo prolongado, preenchido por água, pode reduzir a entrada de ar de forma descontrolada promovido pela Ventosa, além de prevenir a ocorrência de pressões negativas na seção onde o TAEB está instalado. A modelagem do TAEB utilizou a compatibilização de outros dois dispositivos de alívio: a Chaminé de Equilíbrio e a Ventosa. Além disso, o cálculo do transiente considerando o dispositivo também fez uso do modelo do Método das Características (MOC) que considera a presença de ar no sistema, ou seja, o modelo de cavitação. Entende-se que a coluna líquida presente no tubo do TAEB varia no decorrer da ocorrência do transiente hidráulico, em função da admissão e expulsão de ar promovidos pela Ventosa. Dentre as vantagens da utilização do TAEB, estão a eficácia na proteção contra as subpressões, de modo a evitar os problemas de cavitação, além do custo bastante reduzido se comparado a Chaminés de Equilíbrio e Tanques de Alimentação Unidirecional, que apresentam funções bastante semelhantes. De modo a embasar este trabalho, foi realizada uma revisão bibliográfica acerca do transitório hidráulico, da solução adotada pelo MOC (principal modelo numérico adotado para solução de transientes hidráulicos em fluxo unidimensional), dos principais dispositivos de proteção contra o golpe de aríete, dos problemas relacionados à cavitação e da visão geral do Sistema UFC. Em seguida, a metodologia adotada neste trabalho é ilustrada, demonstrando os modelos de Chaminé de Equilíbrio e Ventosa, assim como a compatibilização entre eles. As equações da metodologia foram implementadas no Sistema UFC – Módulo 7, que corresponde ao módulo adotado para o cálculo de transientes hidráulicos. Para a validação do modelo, fez-se uso do dado medido de rebaixamento de nível de água, realizado durante o experimento na Adutora da Fazenda Santa Maria, em Presidente Olegário, Minas Gerais, onde foi construído um TAEB e a sua eficácia de proteção contra o transiente foi testada a partir do desligamento do conjunto motobomba. Com esse dado coletado, foi realizada uma análise de sensibilidade a partir dos resultados gerados no UFC 7 variando-se alguns parâmetros para atingir o mesmo resultado de campo. A partir da validação do modelo, o TAEB foi testado em outras adutoras, considerando-se sempre posicioná-lo no ponto com menor subpressão obtido na simulação do transiente sem nenhum dispositivo de proteção. A partir dos resultados das simulações, foi possível observar que o TAEB apresentou o comportamento de elevação da envoltória de mínimas pressões, no nó onde ele foi instalado, até o nível do terreno acrescido do rebaixamento máximo de água atingido pelo dispositivo. Além disso, visualizando os gráficos de pressão, o TAEB limitou a pressão até o valor correspondente à altura mínima de água alcançada na simulação. Para o caso da Adutora da Fazenda Santa Maria, o TAEB também impactou as sobrepressões em toda a adutora; nos demais casos, esse efeito se restringiu às proximidades do nó onde o dispositivo foi instalado, devido, primordialmente, às diferenças entre os perfis geométricos das adutoras simuladas. Também foram realizadas simulações somente com uma Ventosa no mesmo nó onde foi instalado o TAEB. Essas simulações mostraram que a Ventosa promove maior instabilidade nos picos de pressão e também atua, em alguns casos, promovendo maiores subpressões e sobrepressões. De forma a permitir uma sensibilidade comparativa entre dispositivos, também foram realizadas comparações do TAEB com a Chaminé de Equilíbrio, demonstrando que a Chaminé é um dispositivo altamente confiável no combate a sobrepressões e subpressões, porém ela precisa de grandes dimensões para cumprir essa função. Por fim, observa-se que o TAEB cumpriu efetivamente a sua função de atenuação de pressões mínimas na adutora, porém a sua eficiência deve ser testada em softwares como o UFC 7, pois somente com as simulações e correto dimensionamento, ele irá efetivamente funcionar da maneira como foi concebido.
Abstract: This study aims to evaluate the performance of the Bidirectional Intake and Exhaust Tube (TAEB) as a water hammer protection device, a new device proposed for hydraulic transients’ mitigation. The TAEB consists of an extended vertical tube equipped with an Air Valve at its upper end. Its operating principle is based on the hypothesis that the addition of this water-filled tube can regulate the uncontrolled air intake promoted by the Air Valve, while preventing negative pressures at its installation point. The modeling of the TAEB was performed by integrating two other relief devices: the Surge Tank and the Air Valve. Furthermore, the transient calculation considering the device employed the Method of Characteristics (MOC) model that accounts for the presence of air in the system, specifically the cavitation model. It is understood that the liquid column within the TAEB varies during the hydraulic transient as a function of air intake and expulsion governed by the Air Valve. The advantages of using the TAEB include its effectiveness in protecting against negative pressures, thereby avoiding cavitation and liquid column separation, in addition to its significantly lower cost compared to Surge Tanks and One-Way Surge Tanks, which perform similar functions. To support this work, a literature review was conducted on hydraulic transients, the MOC solution (the primary numerical model for one-dimensional hydraulic transient analysis), main water hammer protection devices, cavitation-related issues and an overview of the UFC System. The methodology is subsequently presented, detailing the Surge Tank and Air Valve models, as well as their integration. The methodology’s equations were implemented in the UFC System – Module 7, the specific module for hydraulic transient calculations. Model validation utilized water level drawdown data measured during an experiment at the Santa Maria Farm Pipeline in Presidente Olegário, Minas Gerais. A TAEB was constructed at this site, and its protective efficiency against transients was tested following the pump set shutdown. Using the collected data, a sensitivity analysis was performed based on the results generated in UFC 7, varying specific parameters to match the experimental field results. Following validation, the TAEB was tested in other pipelines, consistently positioned at the point of lowest negative pressure identified in unprotected transient simulations. The simulation results indicated that the TAEB successfully elevated the minimum pressure envelope at the installation node to the ground level plus the maximum water drawdown reached within the device. Additionally, pressure graphs showed that the TAEB limited the pressure to the value corresponding to the minimum water height reached during simulation. For the Santa Maria Farm Pipeline case, the TAEB also impacted positive pressures across the entire system; in other cases, this effect was restricted to the vicinity of the installation node, primarily due to differences in the geometric profiles of the simulated pipelines. Simulations were also conducted using only an Air Valve at the same node where the TAEB was installed. These simulations showed that the Air Valve promotes greater instability in pressure peaks and, in some cases, leads to higher negative and positive pressures. To provide a comparative sensitivity between devices, comparisons were also made between the TAEB and the conventional Surge Tank, demonstrating that while the Surge Tank is a highly reliable device for relieving maximum and minimum pressures, it requires massive structural dimensions to fulfill this function. Finally, it is observed that the TAEB effectively fulfilled its function of attenuating minimum pressures in the pipeline. However, its efficiency must be verified in software such as UFC 7, as its conception relies on accurate simulations and correct sizing to function effectively.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/87431
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0002-7964-4970
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2815663941323560
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0001-5134-7213
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/9250831617884112
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:DEHA - Teses defendidas na UFC

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
2026_tese_lfcteixeira.pdf6,98 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.