Modelo de transição de regime de escoamento na simulação de transientes subatmosféricos em adutoras de água

Abstract

Escoamentos em sistemas de abastecimento de água estão sujeitos a diversas alterações durante a rotina operacional. Essas alterações podem provocar eventos transientes, que incluem a transição de regime de escoamentos (TRE) e os fenômenos de cavitação. A análise hidráulica desses eventos normalmente requer a utilização de modelos computacionais que, no entanto, apresentam limitada aplicabilidade devido `a elevada complexidade do escoamento. Contudo, a aplicabilidade de alguns dos modelos transientes de escoamento ´e limitada dada a possível ocorrência de fenômenos como a cavitação distribuída e a transição de regime de escoamento. Modelos como o TPA Two-Component Pressure Approach e o DGCM Discrete Free-Gas Cavity Model superam algumas dessas dificuldades, pois o modelo DGCM simula apropriadamente escoamentos subatmosféricos, enquanto o modelo TPA considera a ocorrência da TRE. O objetivo desta pesquisa ´e criar um novo modelo capaz de lidar tanto com a TRE quanto com escoamentos subatmosféricos, gerando uma ferramenta de an´alise e monitoramento operacional do comportamento de adutoras. O modelo proposto, denominado TPAcav Two-Component Pressure Approach Cavity, foi testado por meio de três problemas hipotéticos para avaliar sua capacidade de simulação dos efeitos de cavitação localizada e distribuída variando-se a fração de ar livre, bem como a elasticidade dos condutos. Os resultados sugerem que o modelo TPAcav consegue descrever com razoável precisão esses fenômenos, sendo ainda capaz de simular condições de TRE. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Flow in water systems are subject to changes during the operational routine. These changes may provoke complex transients events, which include flow regime transition (FRT) and cavitation effects. Hydraulic analysis of such events usually require the use of computational models, however, it uses has been limited given the flow complexity. Nevertheless, the applicability of some transient flow models is limited considering the possibility of cavitation and flow regime transition (FRT) occurrences. Models such as TPA Two-Component Pressure Approach and DGCM Discrete Free-Gas Cavity Model overcome some of these difficulties because the model DGCM simulates properly sub-atmospheric flow, while the model TPA consider the FRT occurrence. The objective of this research is to create a new model able to handle FRT as well as sub-atmospheric transient flows, allowing for an analysis and operational monitoring tool for water mains. The proposal model, referred to as TPAcav Two-Component Pressure Approach Cavity, was tested in three hypothetical problems to assess its capacity of simulating the effects of local and distributed cavitation changing the free air fraction as well as the pipe elasticity. The results suggest that the TPAcav model describes with fair precision this effects, while keeping the ability to simulate the FRT.