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Title: Estudo do comportamento dinâmico de um sistema de transporte de fluidos
Authors: Quintans, Paulo Cordeiro
metadata.dc.contributor.advisor: Nunes, Luiz Carlos da Silva
metadata.dc.contributor.members: Gama, Antônio Lopes
Sphaier, Leandro Alcoforado
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Abstract: Vibrações causadas pelo transporte de fluidos em tubulações rígidas são problemas de fácil visualização nas indústrias. Diversos são os estudos de como minimizá-las, porém, ainda se tem dificuldade em encontrar, na literatura, análises quantitativas dos fatores que influenciam esse fenômeno. O desenvolvimento de um estudo sobre os fatores que afetam o comportamento dinâmico da tubulação é interessante para auxiliar na prevenção de vibrações excessivas. Parâmetros como a rigidez e o comprimento da tubulação são exemplos de grandezas que influenciam diretamente a frequência natural do sistema e, caso sejam mal dimensionados, podem resultar em danos estruturais. Assim, esse trabalho apresenta um estudo relativo a vibração em um tubo horizontal circular completamente cheio de líquido escoando em regime laminar e permanente. A análise foi realizada com o objetivo de estimar a influência das propriedades da própria estrutura, bem como do fluido em escoamento para a vibração do sistema. A tubulação adotada como referência é configurada como uma estrutura engastada em uma extremidade e apoiada na outra. Todavia, outros modelos foram propostos para verificar de maneira mais ampla essa influência. Foi dada especial atenção para a análise das pequenas amplitudes de oscilação que puderam ser calculadas, desprezando os movimentos axiais na tubulação e no líquido em escoamento. Para a resolução do problema e suas extrapolações, foi proposto um modelo simplificado baseado na teoria de Euler-Bernoulli, considerando o tubo cheio de líquido como uma barra. O equacionamento desse caso resulta em uma equação diferencial parcial de quarta ordem, por esse motivo o Método de Galerkin foi utilizado como ferramenta, gerando relações para a primeira frequência natural. Em posse dessas expressões matemáticas, os parâmetros foram variados isoladamente, podendo perceber uma grande influência dos fatores relacionados a propriedades da tubulação e dimensionamento. As propriedades do fluido, apesar de exercerem influência, resultam em pequenas variações, podendo até não ser consideradas em muitos casos. Com os resultados obtidos, é possível propor soluções capazes de reduzir o efeito deletério da vibração mediante melhor dimensionamento do sistema.
metadata.dc.description.abstractother: Vibrations caused by the transport of fluids in rigid pipes are problems of easy visualization in industries. There are several studies on how to minimize them, however, it is still difficult to find in the literature quantitative analyzes of the factors that influence this phenomenon. The development of a study on the factors that affect the dynamic behavior of the tubing is interesting to aid in the prevention of excessive vibrations. Parameters such as pipe stiffness and length are examples of quantities that directly influence the natural frequency of the system and, if they are poorly dimensioned, can result in structural damage. Thus, this work presents a study on vibration in a horizontal pipe completely filled with liquid flowing in laminar and permanent regime. The analysis was carried out with the objective in estimating the influence of the properties of the structure itself, as well as the flowing fluid for the vibration of the system. The tubing adopted as reference is configured as a structure clamped at one end and pinned on the other. However, other models have been proposed to verify this influence more broadly. Special attention was given to the analysis of small transverse oscillation that could be calculated, neglecting the axial movements in the piping and in the flowing liquid. To solve the problem and its variations, a simplified model based on the Euler-Bernoulli theory was proposed, considering the liquid filled tube as a beam. The equation of this case results in a partial differential equation of fourth order, for this reason the Galerkin Method was used as a tool, solving this problem for the first natural frequency. With these mathematical expressions, the parameters were varied, being able to perceive a great influence of the factors related to the properties of the piping and dimensioning. The properties of the fluid result in small variations and may not even be considered in many cases. With the results obtained, it is possible to propose solutions capable of reducing the deleterious effect of vibration through better system design.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/8688
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