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Title: Transientes hidráulicos em fluidos pseudoplásticos: uma avaliação dos efeitos de atenuação e dissipação
Authors: Considera, André Luís Peixoto
metadata.dc.contributor.advisor: Rachid, Felipe Bastos de Freitas
metadata.dc.contributor.members: Álvarez, Daniel Rodríguez
Costa, Maria Laura Martins
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Citation: Considera, André Luís Peixoto. Transientes hidráulicos em fluidos pseudoplásticos: uma avaliação dos efeitos de atenuação e dissipação. 2018. 81f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia, Universidade Federal Fluminense, 2018.
Abstract: Tubulações escoando líquidos ficam sujeitas a fortes ondas de pressão sempre que a quantidade de movimento linear do líquido é alterada de forma abrupta, gerando um carregamento transiente de pressão denominado de transiente hidráulico ou “golpe de aríete”. Transientes são geralmente modelados como escoamentos unidimensionais, empregando modelos de atrito baseados no regime permanente devido a sua simplicidade, mesmo não sendo os mais precisos. O modelo de atrito permanente consiste em assumir que relações para a tensão de cisalhamento na parede, em regime permanente, continuam válidas durante o transiente, utilizando o fator de atrito calculado nas condições iniciais de regime permanente. Já o modelo de atrito quase-permanente assume que o fator de atrito é variável no tempo, sendo calculado em cada instante de tempo utilizando o número Reynolds local. O presente trabalho visa estender a teoria de transientes hidráulicos, aplicada em fluidos Newtonianos, para transientes em tubulações escoando fluidos não-Newtonianos, com comportamento pseudoplástico. O efeito não-Newtoniano é incorporado ao modelo por meio da introdução do fator de atrito não-Newtoniano, dado pela correlação de Shaver-Merril, nos modelos de atrito permanente e quase-permanente. Um problema modelo composto por um reservatório, um tubo horizontal e uma válvula a jusante, com transiente gerado pelo fechamento abrupto da válvula, foi simulado por meio da implementação computacional de ambos os modelos de atrito em código FORTRAN, no contexto do método das características. Foi feito um estudo paramétrico, fixando o índice de consistência e variando o índice de comportamento do fluido, com o intuito de avaliar o efeito pseudoplástico. Também foi realizada uma comparação entre os dois modelos de atrito, avaliando o impacto do comportamento pseudoplásticos na dissipação de energia e na atenuação da onda de pressão, para cada modelo. Os resultados mostraram que o modelo de atrito quase-permanente apresentou uma atenuação maior e dissipação de energia menor, quando comparado com o modelo de atrito permanente.
metadata.dc.description.abstractother: Piping systems conveying liquids are subjected to severe pressure waves whenever changes in the linear momentum of the liquid are abruptly induced, yielding a transient pressure loading known as hydraulic transient, or “water hammer”. Transients are traditionally modeled as one-dimensional flows, often employing friction models based in the steady state due to its simplicity, even though they are not the most accurate. The steady friction model assumes that the steady state expressions for the shear stress in the pipe wall, remain valid during the transient, employing the steady state friction factor, supposed constant. Whereas the quasi-steady friction model assumes that the friction factor is a function of time, being computed in each instance of time using the local Reynolds number. The current work aims to extend the hydraulic transients theory, applied in Newtonian fluids, to transients in pipelines conveying non-Newtonian fluids, with pseudoplastic behavior. The non-Newtonian effect is incorporated in the model through the non-Newtonian friction factor, given by the Shaver-Merril correlation, in the steady and quasi-steady friction models. A model problem, comprised of a reservoir, a horizontal tube and a downstream valve, with transient generated by sudden closure of the valve, was simulated by numerically implementing both friction models in a FORTRAN code, in the context of the method of characteristics. A parametric study was conducted, setting the consistency index and varying the behavior index of the fluid, to assess the pseudoplastic effects. A comparison of both friction models was also conducted, assessing the impact of the pseudoplastic behavior in the energy dissipation and pressure wave attenuation, for each model. The results show that the quasi-steady friction model predicts a greater attenuation of the pressure pulse and lower energy dissipation, when compared with the steady friction model.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/7524
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