Hammer v8i Portuguese Trn013110-1-0004 Sanepar[1]

DO NOT DISTRIBUTE - Student Use Only - SANEPAR - 29-05-2012

HAMMER V8i, Análise de Transientes Versão V8i

Bentley Institute Course Guide

TRN013110-1-0004


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HAMMER V8i, Análise de Transientes

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ANÁLISE DE TRANSIENTES HIDRÁULICOS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

WORKSHOP 1 – PÁGINA 1

Análise de Transientes em Condução Simples Workshop 1 Descrição do Problema Neste workshop, você utilizará o HAMMER V8i para desenvolver uma simulação numérica de um transiente hidráulico em uma linha principal de transmissão para determinar quantitativamente o efeito do desligamento de uma estação de bombeamento (impulsão) causado por uma queda repentina de energia. O objetivo acima será realizado através dos seguintes passos: I. Analisar o sistema real conforme foi concebido (sem a inclusão de qualquer dispositivo de proteção) para determinar seu grau de vulnerabilidade diante de um evento de transientes hidráulicos. II. Apresentar os resultados graficamente para se obter uma maior compreensão do fenômeno do transiente hidráulico e, assim, propor um conjunto de possíveis estratégias de remediação ou mitigação dos efeitos negativos que podem ser produzidos pelo transiente.

Descrição do Sistema

O sistema apresentado na figura acima é descrito abaixo: -

Uma estação de bombeamento (impulsão) capta a água de um reservatório nas proximidades com nível regular de água de 383 m e um fluxo de 467,5 L/s através de uma linha de transmissão específica, que conduz a um reservatório mais elevado a 456 m, com diferença de elevação total estática de 73 mca (456 – 383).

-

A elevação da bomba de velocidade constante (eixo do rotor) é de 363 m e sua velocidade nominal é de 1760 RPM.

© C o p y r i g h t © 2 0 1 2 B e n t l e y S y s te m s I n c o r p o r a t e d



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Os dados para os componentes adicionais da linha de transmissão e seu perfil são fornecidos abaixo, e você será responsável por criar e configurar a linha.

Parte I – Configuração do Modelo Criando um novo projeto no HAMMER V8i 1. Clique duas vezes no ícone do HAMMER. Em seguida, a caixa de diálogo de boas vindas se abrirá. 2. Clique em Create New Project. 3. Em seguida, você visualizará a área de desenho totalmente em branco e ativará o editor de elementos na margem esquerda da área de desenho. 4. Clique no Menu principal File e selecione a opção Save As. Vá para o diretório de sua preferência e salve o arquivo com o nome Workshop1_Sol.WTG.




Quanto às opções gerais do projeto, é necessário definir o sistema de unidade de nossa preferência, as cores de fundo e de primeiro plano, os tamanhos dos textos e símbolos. 5. Para configurar essas definições, você deve acessar o menu Tools/Options. Neste workshop iremos trabalhar de forma esquemática (ou seja, o comprimento no desenho não é o tamanho real) 6. O único item que iremos definir neste diálogo será o Sistema de Unidades, que utilizaremos o padrão. Para isso, vamos para a aba Units e no menu suspenso Reset Defaults, iremos selecionar a opção System International. E, por fim, clique em OK.

Opções de Base de Cálculo Antes de construir o modelo, insira os dados. Acesse o menu Analysis/Calculations Options. Na categoria “Steady State/EPS Solver”, clique duas vezes na opção Base Calculations Options para exibir na janela de propriedades os parâmetros que irão controlar a simulação de fluxo permanente (condições iniciais). No parâmetro [Liquid Label], clique no botão Ellipsis (...) e, na biblioteca de líquidos, selecione Água a 20°C, que importará a viscosidade cinemática da água a essa temperatura. Nota: O Hammer permite realizar a simulação de qualquer outro tipo de fluido (óleos, álcoois, etc.).






Definindo Protótipos Antes de começar a desenhar o modelo, é importante verificar se há dados e propriedades em comum nos elementos que formam o nosso sistema. Caso haja, é importante definir para estes elementos protótipos (valores padrão) a fim de reduzir o tempo na entrada de dados para a configuração do modelo. Para este sistema, os pontos de tubulação na linha terão muitos valores em comum, tais como: Diâmetro, Material, Valor C – Hazen Williams, etc. Portanto, é aconselhável, neste caso, criar um protótipo. 1. Vá para a caixa de diálogo de protótipos, ou através clicando no botão Prototypes do menu principal View/Prototypes. 2. Selecione a categoria Pipe e clique no botão New na parte superior. O nome Pipe Prototype -1 é atribuído ao novo protótipo automaticamente. 3. Clique com o botão direito do mouse sobre este protótipo e selecione a opção Rename. Renomeie o protótipo como DI 24 in. 4. Em seguida, clique duas vezes em DI 24 in e isso irá exibir ou abrir a caixa de diálogo do editor de propriedades.

5. Defina para este protótipo recém-criado, os seguintes parâmetros na janela de propriedades: Categoria Physical: -

Diameter: 24 in Material: Ductile Iron Hazen-Williams C: 130 Has user defined length?: True (Opção de Comprimento definida pelo usuário - Sem Escalonamento)





A partir dessas definições, a janela do editor de propriedades deve ser semelhante à figura ao lado. Após inserir esta configuração, feche a caixa de diálogo de Protótipos e você estará pronto para começar a traçar a linha de transmissão na área de desenho.

Layout/Desenho do Sistema 1. Comece desenhando o elemento Reservatório (Reservoir), clicando no botão Reservoir barra de elementos de layout no lado esquerdo da área de desenho.

na

2. Traga a seta do mouse para a área de desenho e clique para inserir o elemento Reservoir. O Hammer automaticamente atribuirá a este elemento o nome (Label) R-1. 3. Assim que o reservatório tiver sido adicionado, clique no botão Select [ESC] para cancelar a seleção do botão Reservoir na ferramenta.

ou pressione a tecla

Nota: Para evitar que o elemento fique ativado e se ao clicar novamente sobre a área de desenho corra o risco de inserir o mesmo elemento duplicado, você pode definir nas opções Globais do Projeto que a opção Sticky Tool Palette permaneça desativada. Isto irá permitir que uma vez inserido o elemento, o botão Select seja predefinido para desativar e ativar automaticamente.





Para ativar ou desativar a opção Sticky Tool Palette, vá para o menu principal Tools/Options, e na aba “Global” ative ou desative a caixa de seleção correspondente. 4. Clique duas vezes sobre o elemento Reservatório para abrir a janela de editor de propriedades. Note que na parte superior da janela, há um menu suspenso que originalmente possui listada a opção . Para exibir apenas as propriedades necessárias para uma análise de transientes, você pode alterar a visualização de atributos necessários selecionando na lista suspensa a opção conforme ilustrado na figura. 5. No campo “Label” renomeie este elemento como Res-1. Nota: Não se preocupe se na sua janela os campos de Coordenadas X e Y não correspondem à imagem à direita, pois neste caso, trata-se de um desenho esquemático.

6. Agora adicionaremos na janela de desenho e à direita do reservatório criado anteriormente uma junção (Junction), uma bomba (Pump) e novamente uma junção. Para criar uma junção, clique no botão Junction na barra de Layout e, em seguida, clique na janela de desenho no ponto (à direita do reservatório) onde queremos que este elemento se localize. Repita o procedimento clicando no botão Pump para adicionar o elemento Bomba ao nosso sistema. Em seguida, clique novamente no botão Junction para adicionar um segundo nó ou junção ao modelo. 7. Após criar estes elementos, recomendamos que clique duas vezes sobre os mesmos e, através do editor de propriedades no campo “Label”, renomeie-os como Pto-1, Bomba-1 e Pto2, respectivamente. Neste ponto, sua janela de desenho deve aparecer da seguinte forma:





8. Agora, vamos adicionar os pontos da tubulação que conectam a Res-1 - Pto-1, a Pto-1 - Bomba1 e a Bomba-1 - Pto-2. Para isso, clique no botão Pipe (Layout).

da barra de ferramentas de desenho

Em seguida, clique sobre o elemento Res-1, depois em Pt-1, Bomba-1 e, finalmente, em Pt2 . E, então, clique com o botão direito do mouse e no menu pop-up selecione a opção Done para finalizar o layout da tubulação. 9. Após traçar os três (3) pontos da tubulação, clique duas vezes sobre eles e através da janela de propriedades, renomeie-os, respectivamente, como TS-1 (Tubo de Sucção 1), TS-2 (Tubo de Sucção 2) e TD- 1 (Tubo de Descarga 1).

Neste ponto, sua janela de desenho deve aparecer da seguinte forma:





IMPORTANTE: É possível criar simultaneamente os elementos nodais e os pontos da tubulação . Basta clicar no local onde você quer o primeiro nó, mover o cursor através do botão Pipe e clicar consecutivamente adicionando elementos nodais até terminar. Para alterar o tipo de elemento Nodal, clique com o botão direito do mouse em qualquer momento e selecione o elemento que deseja adicionar. Em seguida, concluiremos o desenho de toda a linha de transmissão adicionando todos os nós e pontos restantes, conforme indicado na figura abaixo. Os nós faltantes serão renomeados como N-1, N-2, N-3, etc. e as tubulações faltantes como TC-1, TC-2, TC-3, etc. 10. Para fazer isso automaticamente, vá ao menu Tools/Options e clique na aba Labeling. Em seguida, altere os seguintes campos para as Linhas Pipe (Tubulações) e Junction (Junções). - Para a linha Pipe: Next: 1 / Prefix (Prefixo): TC- Para a linha Junction: Next: 1 / Prefix (Prefixo): NConforme indicado abaixo:





Clique em OK para fechar a caixa de diálogo. O esquema final do sistema a analisar será o seguinte:

Nota: Lembre-se que o último elemento da tubulação é um reservatório, que receberá o nome de Res-2 na janela de propriedades

Atribuindo Elevações nos Elementos





Em seguida, você deverá definir as elevações dos elementos nodais que compõem o perfil da tubulação de acordo com as seguintes tabelas: Tabela 1 – Elevações nas Junções Nome Pto-1 Pto-2 N-1 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6

Elevação (m) 363,0 363,0 408,2 395,0 395,0 385,9 380,1 420,0

Notas Sucção Descarga Condução Condução Condução Condução Condução Condução

Tabela 2 – Elevações no Bombeamento Nome Bomba-1

Elevação (m) 363,0

Notas E. Bombeamento

Tabela 3 – Elevações nos Reservatórios Nome

Elevação (m)

Res-1 Res-2

383,2 456,0

Dimensão Estrutura de Saída / Entrada (m) 377,0 449,9

Notas Reservatório Fonte Reservatório Receptor

Para inserir esses dados, clique duas vezes em cada elemento e edite os valores através da janela de propriedades. No entanto, isso não seria ideal no caso das junções, pois há muitos valores a serem inseridos. Para inserir os dados, o Hammer V8i oferece uma grande flexibilidade por meio de seus relatórios tabulares (FlexTables). 1. Para acessar os relatórios tabulares, vá ao menu principal View e selecione a opção FlexTables. 2. Na caixa de diálogo FlexTables, vá para a categoria pré-definida (Tables Predefined) e clique duas vezes na tabela de junções Junction Table. 3. Em seguida, a tabela correspondente às junções se abrirá, e uma das colunas será a Elevação dos nós. Verifique a ordem dos elementos e insira os valores de elevação.

4. Após inserir os valores de elevação, a tabela de junções deve aparecer da seguinte forma:





5. Feche a tabela de Junções. 6. De volta à caixa de diálogo FlexTables, clique duas vezes na categoria Reservoir Table para abrir o relatório tabular de Reservatórios. Após abrir a tabela, insira para os dois reservatórios do sistema os valores de elevação da superfície da água (Elevation) e a dimensão/elevação da tubulação de entrada ou saída dos reservatórios (Elevation (Inlet/Outlet Invert)). A tabela deve aparecer da seguinte forma:

7. Feche a tabela de Reservatórios (Reservoir Table) e, em seguida, feche a caixa de diálogo FlexTables.





8. Para inserir elevações no elemento Bomba, podemos utilizar o relatório tabular ou, por se tratar de um único elemento, podemos simplesmente editar o valor de elevação através do editor de propriedades. 9. Na área de desenho, selecione o elemento “Bomba-1”. No editor de propriedades, atribua o valor de 363 m para o parâmetro Elevation.

Inserindo Dados nos Pontos da Linha de Transmissão Neste ponto, devemos inserir os dados que configuram os dez pontos desenhados para a linha de transmissão entre ambos os reservatórios de acordo com os valores apresentados na Tabela 4 da página seguinte. Notas: (1) Nesse caso, e dado que se trata de 10 elementos, utilizaremos os relatórios tabulares (FlexTables) para inserir os dados. (2) Em relação ao parâmetro Velocidade de Onda (Wave Speed) necessário na análise de transientes hidráulicos, podemos deixar este espaço em branco para calcular mais tarde através de algumas das novas ferramentas oferecidas pelo Hammer V8i. (3) O valor dos Diâmetros é dado em polegadas (in). Pode ser que na sua tabela apareça em mm, então, para alterar a unidade, selecione a coluna e clique no botão direito do mouse selecionando a opção Units and Formatting… definindo polegadas como unidade. (4) Caso seus Nós de Início (Start Node) e Fim (Stop Node) não estejam na ordem correta, você pode inverter o sentido do ponto da tubulação selecionando o ponto em questão e clicando no campo Node Reversal no editor.





Veja abaixo os dados que devem ser inseridos à linha de transmissão. Tabela 4 – Pontos da Linha de Transmissão Linha Esquemática?

Compr. Esquem. Diâmetro (User (in) Defined) (m)

Nome (Label)

Início (Start Node)

TS-1

Res-1

Pto-1

Verdadeiro

50,00

24,0

TS-2

Pto-1

Bomba-1

Verdadeiro

39,90

24,0

TD-1

Bomba-1

Pto-2

Verdadeiro

10,00

24,0

TC-1

Pto-2

N-1

Verdadeiro

20,25

24,0

TC-2

N-1

N-2

Verdadeiro

380,00

24,0

TC-3

N-2

N-3

Verdadeiro

300,00

24,0

TC-4

N-3

N-4

Verdadeiro

250,00

24,0

TC-5

N-4

N-5

Verdadeiro

402,00

24,0

TC-6

N-5

N-6

Verdadeiro

250,00

24,0

TC-7

N-6

Res-2

Verdadeiro

175,00

24,0

Final

(Stop Node) (Has User Defined Length?)

Material

Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron Ductile Iron

HazenWilliams C 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0 130,0

IMPORTANTE: As elevações nos nós e comprimentos das linhas são extremamente importantes na modelagem de transientes hidráulicos, pois as inclinações nos pontos determinam o quão rápido uma coluna de água é capaz de retornar, bem como as mudanças de momentum durante o fenômeno do transiente. 1. Para acessar o relatório tabular dos pontos da tubulação, acesse o menu principal View e selecione a opção FlexTables ou clique no botão

da Barra de Ferramentas.

2. Na caixa de diálogo FlexTables, vá para as categorias prédefinidas (Tables Predefined) e clique duas vezes na tabela de tubulações Pipe Table. 3. Em seguida, a tabela correspondente às linhas de tubulação se abrirá. 4. Verifique inicialmente a ordem dos elementos e insira os valores de acordo com a tabela fornecida.





5. Após inserir os valores de Comprimento esquemático, Diâmetro, Material e C; a tabela deve aparecer da seguinte forma:

Cálculo da Velocidade de Onda nas Linhas de Tubulação Agora, será necessário calcular a velocidade de onda para os pontos da tubulação que formam a linha de transmissão.





Para facilitar esta tarefa, o Hammer V8i oferece ao usuário uma ferramenta de cálculo automático. 1. Clique no menu principal Tools e selecione a opção Wave Speed Calculator. 2. Na caixa de diálogo pop-up, você verá quatro (4) seções: Liquid, Material, Miscellaneous e Features. Nota: Observe que para os campos do Tipo de Líquido e Material, existe um que nos levará botão ellipsis para a biblioteca de líquidos e materiais que o software possui.

3. Clique no botão Ellipsis (…) para o parâmetro Bulk Modulus of Elasticity (Módulo de Elasticidade no interior do fluido), que abrirá a biblioteca de engenharia para líquidos. 4. Para expandir a biblioteca de líquidos, clique em (+) para exibir os diferentes tipos de fluidos. Selecione a opção Water at 20ºC (39F) e clique no botão para selecionar o material e importar os valores das variáveis Young’s Module e Poisson’s Ratio.




7. Na seção Miscellaneous, insira 17.80 mm como espessura da parede (Wall Thickness). 8. Para o parâmetro que define o tipo de suporte da linha de transmissão (Pipeline Support), escolha a opção Anchored Throughout que define se a tubulação apresenta ancoragens contínuas ao longo de todo o seu comprimento. 9. Para a seção Features, marcaremos a opção All, pois precisamos calcular a velocidade de onda em todos os pontos da nossa linha de transmissão. A caixa de diálogo deve aparecer conforme a imagem à direita.






10. Clique em OK e o software irá calcular o valor do parâmetro velocidade de onda e o aplicará em todas as tubulações do modelo. Em seguida, uma janela irá aparecer indicando que o cálculo foi concluído. Clique em OK novamente para fechar. 11. Agora, selecione qualquer um dos pontos da tubulação e observe na janela de propriedades que o campo Wave Speed agora possui um valor de 1,249.50 m/s. 12. Salve seu arquivo através do menu principal File/Save As ou clique no botão Save

.

Parte II – Definição das Opções de Cálculo Antes de realizar a modelagem no Hammer do sistema que criamos, será necessário configurar determinados parâmetros de cálculo, tais como: propriedades do fluido, propriedades das tubulações, duração total da simulação, quebras de cálculo e opções do relatório de resultados. 1. Acesse o menu Analysis/Calculation Options ou clique no botão Calculation Options para abrir o administrador de Opções de Cálculo. 2. Você verá duas pastas. A primeira: Steady State/EPS Solver, refere-se às opções de cálculo para a modelagem hidráulica convencional (fluxo constante). A segunda pasta, Transient Solver, refere-se às opções de cálculo a serem consideradas na modelagem de transientes hidráulicos. 3. Na pasta Transient Solver, clique duas vezes em Base Calculations Options, que irá abrir o editor de propriedades para esta categoria de opções de cálculo. 4. Na seção Summary, configure os seguintes parâmetros: -

-

Run Duration Time: Time Run Duration: 140 Sec Pressure Wave Speed: 0.0 m/s (Valor Padrão a ser utilizado caso não esteja definido nas linhas) Vapor Pressure: -10.09 mH2O (Valor Padrão a ser utilizado) Generate Animation Data: True (Para poder ver animações posteriormente) Run Extended CAV: True (Opção para uma maior precisão no fenômeno de separação de coluna)





5. Na seção Reporting, defina os parâmetros da seguinte forma: -

Show Pocket Opening/Closing: True

6. Para o campo de pontos de relatório (Report Points), selecione a opção Selected Points no menu suspenso. 7. Em seguida, aparecerá o campo Report Points Collection. Neste campo, clique no botão Ellipsis (...) e na caixa de diálogo pop-up definiremos os pontos que precisam de relatório e os dados de saída que o transiente geraria durante sua duração; tais como: Variação Temporal de Fluxo, Valores de Pressão, Volumes de Vapor/Ar, etc.).

8. Neste caso, iremos selecionar como pontos de interesse as linhas adjacentes à Bomba (descarga e sucção), algum ponto intermediário e o ponto final de entrega ao Reservorio-2. Os pontos a serem escolhidos (Report Point Pipe) serão: TS-1, TD-1, TC-1, TC-4 e TC-7. Clique no Botão Add (>) para selecionar os referidos pontos conforme ilustrado abaixo:





Assim que os cinco (5) pontos selecionados aparecerem no painel à direita, clique em OK para fechar essa janela. 9. De volta à janela de propriedades, conclua a configuração dos parâmetros da seção Reporting: -

Report Times: Periodically Report Period: 10

Nota: O Hammer irá calcular cada quebra de cálculo e os valores da envoltória de pressões máximas e mínimas, seja qual for o valor do parâmetro Report Period. Este parâmetro irá afetar apenas a freqüência dos dados de saída na animação do Transiente e nos Gráficos. 10. Após concluir a configuração das opções de cálculo, a janela de propriedades deve aparecer conforme a imagem à direita. Feche a janela de Opções de Cálculo (Calculations Options).

Definição de Perfis A seguir, será necessário definir uma rota linear (perfil) da Rede, através da qual visualizaremos o gráfico e a animação da linha de gradiente hidráulico (HGL) durante o fenômeno do Transiente. Neste caso, temos uma Linha de Transmissão simples, de modo que a definição do perfil será mais do que óbvia. No entanto, para redes malhadas, é possível ter múltiplos perfis e, nesse caso, devemos definir rotas lineares para as quais desejamos analisar o gráfico no perfil e a animação do transiente hidráulico.




1. Abra

o

gerenciador

clicando no ícone menu View/Profiles.

de


perfis

ou a partir do

2. Clique no botão New e, em seguida, no botão Select From Drawing. 3. Na janela de desenho, clique sobre cada uma das tubulações da linha de transmissão da linha TS-1 até TC-7 (note que os pontos selecionados são destacados). Após selecionar os elementos, clique no botão Done

.

4. Agora, os elementos nodais e pontos da tubulação ficarão listados na janela Profile Setup conforme a imagem à direita:

5. Clique no botão para visualizar o perfil criado. A janela de configuração Profile Series Option irá aparecer. Clique em OK e verá o perfil abaixo:





Nota: Possivelmente em seu perfil, você verá a linha de gradiente hidráulico (HGL) em zeros. Não se preocupe, pois isso ocorre porque ainda não realizamos nenhuma simulação. Posteriormente, esta linha refletirá os valores da linha piezométrica. 6. Feche o perfil e, em seguida, na janela de administração de Perfis, renomeie o perfil com um nome mais descritivo. Para isso, clique com o botão direito e selecione a opção Rename. Renomeie o perfil como: Transmissão – Principal. 7. Agora, temos que configurar esse perfil como a rota utilizada pelo Hammer para o relatório de resultados (Report Path). Clique com o botão direito no perfil e verifique se este perfil apresenta a marca de seleção na linha Transient Report Path conforme mostra a figura. Caso não haja esta marca, clique na opção. Notas: Se olhar o ícone do perfil mais de perto, verá que há um pequeno martelo, indicando que este perfil será usado pelo Hammer para o relatório e animação dos resultados. 8. Feche a janela de gerenciamento de Perfis. 9. Lembre-se de salvar seu modelo periodicamente através do botão Save


.




Parte III – Simulação do Transiente Hidráulico – Sem Dispositivos de Proteção do Modelo A seguir, realizaremos os passos necessários para a análise do transiente hidráulico no caso de queda repentina de energia na estação de bombeamento e em um sistema sem dispositivo de proteção, diferente da válvula de verificação, que está implícita no elemento Bomba e impede a passagem de fluxo inverso através da mesma. 1. Clique duas vezes no elemento Bomba-1, que abrirá a janela ou caixa de diálogo do editor de propriedades. 2. Vá para a seção Transient (Operational), onde definiremos os parâmetros operacionais da Bomba para o nosso sistema e processo operacional. 3. Nesta seção, clique no parâmetro Pump Type (Transient), e selecione a opção Shut Alter Time Delay (desligado em um intervalo de Tempo) no menu suspenso. 4. Ao selecionar essa definição, a janela de propriedades irá listar novas opções/parâmetros no campo Pump Type (Transient). Configure os parâmetros com os seguintes valores: - Diameter (Pump Valve): Configure o diâmetro interno da válvula adjacente à Bomba como 24 polegadas (in). - Time (Delay until Shut Down): Configure este tempo como 5 segundos. Por conveniência, nós definimos que a queda de energia ocorre 5 segundos após o início da análise, ou seja, a simulação do transiente irá iniciar neste ponto. - Pump Valve Type: Defina o tipo de válvula como “Check Valve”. Em caso de queda de energia e desligamento da bomba, a válvula de controle está configurada para fechar imediatamente, sem nenhum atraso para proteger a bomba contra danos. A figura à direita mostra os parâmetros recémconfigurados.





5. Agora, na mesma janela de propriedades, vá para o campo Pump Definition, na categoria Physical, que atualmente deve estar como , ou seja, os parâmetros característicos da Bomba-1 ainda não foram definidos. 6. No menu suspenso do campo Pump Definition, selecione a opção Edit Pump Definitions, que abrirá a janela para a configuração das definições da Bomba. Na janela Pump Definitions, clique no botão New no canto superior esquerdo, e nomeie esta nova definição como Bomba-1, já que esta será a definição das características da referida bomba. 7. No lado direito da janela, clique na aba Head e configure a definição da curva da bomba escolhendo no campo Pump Definition Type a opção Design Point (1 Point) do menu suspenso. Para a linha do ponto de desenho (Design) insira os seguintes valores: -

Flow: 468,0 L/s (verifique se as unidades estão em L/s). Head: 81,00 m

A curva característica da bomba deve ser semelhante à imagem abaixo:





8. Na aba Efficiency, defina o campo Pump Efficiency como Constant Efficiency e o valor desta eficiência constante como 85%.

9. Por fim, na aba Transient, defina os parâmetros inerciais do par Bomba – Motor e a velocidade de rotação, onde definimos os parâmetros da seguinte forma: -

-

Inertia of Pump: Atribuímos um valor de 17,25 Kg-m2, que representa a inércia do par BombaMotor. Este dado geralmente encontra-se no catálogo do fabricante. Rotational Speed: É definido um valor de velocidade de rotação de 1760,0 rpm. Specific Speed: Configuramos o valor de velocidade específica como SI=25, US=1280 com base na velocidade de rotação (1760 rpm). Consulte o Apêndice B do manual para obter mais informações sobre como determinar este parâmetro. Reverse Spin Allowed?: Sem marca. Removemos a marca para definir que nesta bomba não é permitida a rotação inversa, supondo que existe uma válvula de retenção no lado da descarga, que impede que o fluxo inverso passe através da bomba.





10. Feche a janela Pump Definitions. De volta à caixa de diálogo de Propriedades para a Bomba-1, clique novamente no campo Pump Definition e no menu suspenso selecione a definição Bomba-1 criada recentemente. 11. Feche a janela de propriedades e salve o modelo novamente clicando no botão Save .

Simulação das Condições Iniciais do Modelo Qualquer análise de transientes hidráulicos parte das condições de equilíbrio do sistema. Neste caso, antes da análise do transiente, devemos determinar as condições do sistema e os valores da linha piezométrica em estado estacionário (Steady State). 1. Acesse o menu Analysis/Compute Initial Conditions para concluir uma execução do modelo em estado estacionário. 2. Após a conclusão do cálculo computacional, a janela Calculation Summary aparecerá com o resumo dos resultados desta simulação. Se houver erros no modelo, na parte inferior do modelo, as abas “Information” e “Status Messages” mostrarão mensagens de erro ou advertências relacionadas ao seu modelo. Neste caso, se tiver seguido os passos acima corretamente, não deve haver qualquer mensagem de erro. Verifique se não há nenhum erro na sua janela de resumo e feche esta janela.





3. Caso queira visualizar graficamente os valores da linha de gradiente hidráulico nesta linha de transmissão, vá para o menu View/Profiles e abra o perfil “Transmissão – Principal” criado anteriormente.





Simulação do Transiente Hidráulico Com base na condição geradora do transiente hidráulico definida anteriormente (desligamento da Bomba após 5 segundos), realizaremos a análise do fenômeno transiente que pode ocorrer em nosso sistema. 1. Acesse o menu principal Analysis/Compute ou simplesmente clique no botão Compute na barra de ferramentas para executar a análise do transiente. Em seguida, abra uma janela de progresso da simulação, que pode levar alguns segundos. Nota: Caso suspeite que seu modelo possa ter algum problema de configuração, você pode executar previamente uma ferramenta de validação (Menu Analysis/Validate) antes de tentar executar o modelo, com o qual executará um processo de verificação de erros antes de tentar executar a simulação de transientes, que leva muito mais tempo. 2. Ao concluir a simulação, aparecerá a janela “Transient Calculation Summary” com o resumo da simulação. Reserve um momento para revisar as abas de Resumo, Condições Iniciais e Pressões Extremas. Em seguida, veremos a aba com os valores extremos de carga e pressão (note que há pressões negativas em diversos pontos do sistema):

3. Caso queira gerar um relatório impresso completo com o resumo da simulação, clique no botão que irá gerar um relatório de uma página ou mais com os resultados. 4. Clique no botão quando estiver pronto. Caso a janela de notificações do usuário (User Notifications) esteja indicando algumas mensagens de advertência (para possivelmente reduzir o tempo de cálculo) e outras mensagens de notificação, feche esta janela também.

Revisão dos Resultados do Transiente © C o p y r i g h t © 2 0 1 2 B e n t l e y S y s te m s I n c o r p o r a t e d




Agora, o objetivo será visualizar os resultados do transiente graficamente para entender o fenômeno do transiente que ocorre no sistema. Para isso, utilizaremos a ferramenta “Transient Results Viewer” que permite representar graficamente e por meio de animações as variações de pressão e fluxo durante o transiente hidráulico. 1. Acesse o menu principal Analysis e selecione a opção Transient Results Viewer ou clique no botão

na barra de ferramentas. Em seguida, aparecerá a seguinte mensagem:

Esta mensagem refere-se à versão do visualizador utilizado. Clique em YES. A janela seguinte aparecerá:

2. Por padrão, o Hammer V8i não gera um resultado para cada um dos pontos do sistema ou para cada intervalo de tempo, pois isso pode gerar arquivos de relatório excessivamente volumosos (dezenas ou centenas de Megabytes). Para os pontos específicos e rotas (perfis) que especificamos previamente (Pág. 18) você poderá gerar diferentes tipos de gráficos ou animações: A) Perfil da Linha de Gradiente Hidráulico (HGL): O Hammer pode representar graficamente a linha HGL em estado estacionário, bem como a envoltória de valores máximos e mínimos de carga piezométrica ao longo do perfil principal. B) Histórico de Tempo: O Hammer pode representar graficamente todas as alterações nos parâmetros que forem dependentes do transiente hidráulico como Fluxo, Carga e Volume de Vapor (ar), em qualquer um dos pontos de interesse definidos.





C) Animações: Você pode clicar no botão para visualizar como as variáveis do sistema se alteram ao longo do tempo, uma vez gerado, neste caso, a queda de energia no Bombeamento. Cada perfil (path) e histórico de resultados são sincronizados para serem animados simultaneamente. Você irá perceber que com o passar do tempo as pressões do transiente vão se estabilizando.

Veja abaixo um exemplo do gráfico que podemos obter, que na parte superior não indica a formação máxima do volume de ar no sistema ao longo da linha de transmissão, e no gráfico inferior as envoltórias máxima (Vermelha) e mínima (Azul) dos valores de carga no sistema na duração do transiente (a linha preta pontilhada representa o valor de HGL na simulação estática):

Animação dos Resultados do Transiente ao longo do Perfil e Pontos de Relatório. Como mencionado, o Hammer V8i oferece diferentes alternativas de visualização para representar graficamente e animar o transiente hidráulico. Da mesma forma, vimos que antes de executar o modelo, é necessário definir os pontos de interesse e perfis (paths) de interesse, bem como a freqüência para gerar os resultados, caso contrário, o Hammer não teria resultados evitando que se gere um arquivo de saída (*.HOF) excessivamente grande.





Da mesma forma, nas opções de cálculo, é necessário definir se o arquivo de animação será ou não gerado na tela, conforme definimos na página 19, nas opções Base Calculations Options da pasta Transient Solver.

Depois que os arquivos de modelagem foram gerados (clique no botão Compute ), você poderá visualizar as animações, inclusive em uma próxima sessão do Hammer, sem ter que executar o modelo novamente. Isso pode economizar tempo na comparação de resultados de diferentes estratégias de proteção. Para o nosso modelo, o procedimento para visualizar animações é o seguinte: 1. Caso tenha fechado a janela de exibição de resultados, abra novamente esta caixa de diálogo através do menu Analysis/Transient Results Viewer. Isso abrirá automaticamente o arquivo Workshop1.wtg.mdb_1_1.hof criado ao executar a simulação do modelo anteriormente. 2. Nesta janela, defina os seguintes campos: - Path (Profile): Transmissão – Principal - Graph Type: Path & Volume Clique no botão da seção superior “Paths (Profiles)” 3. No controle de animação (Animation Controller) clique no botão Play para iniciar a simulação. Em um determinado momento (aprox. 19,50 s) a janela de animação deve ser semelhante à imagem abaixo:

4. Clique com o botão direito do mouse sobre o gráfico e selecione a opção Save as para salvar o resultado apresentado na tela como um arquivo gráfico do Hammer de extensão .GRP ou como © C o p y r i g h t © 2 0 1 2 B e n t l e y S y s te m s I n c o r p o r a t e d




um arquivo de extensão .BMP. Você poderá carregar este gráfico mais tarde. Feche este gráfico e a janela Animation Controller.

Adicionando comentários em um Gráfico de Relatórios. Através da caixa de diálogo Transient Results Viewer, você poderá representar graficamente a evolução temporal nos valores de diferentes parâmetros para os pontos de relatórios pré-definidos. Além disso, como vimos, é possível traçar o perfil do sistema em conjunto com variáveis selecionadas para ver a variação espacial do fenômeno do transiente hidráulico. 1. Caso tenha fechado a janela de exibição de resultados, abra novamente esta caixa de diálogo através do menu Analysis/Transient Results Viewer. 2. Na seção inferior “Time Histories” configure os campos da seguinte forma: - Time History: TC-1:N-1 - Graph Type: Head & Flow Clique no botão desta seção para ver a evolução temporal destes parâmetros durante o fenômeno do transiente:

3. Feche este gráfico após ter analisado a variação das cargas (Head) e Fluxo (Flow) no ponto TC-1 a N-1. 4. De volta à caixa de diálogo Transient Results Viewer, configure os seguintes parâmetros na seção “Paths (Profiles)”: - Path (Profile): Transmissão – Principal - Graph Type: Path & Volume Clique no botão desta seção para visualizar o perfil: 5. Para formatar o gráfico, siga os seguintes passos: © C o p y r i g h t © 2 0 1 2 B e n t l e y S y s te m s I n c o r p o r a t e d



-


Selecione a parte do gráfico onde aparece o perfil clicando na caixa (ela permanecerá selecionada) Clique com o botão direito do mouse na parte do gráfico e no menu pop-up selecione a opção Draw Symbol e, com isso, você poderá inserir um símbolo de sua escolha. No mesmo menu pop-up, você poderá selecionar a opção Format Graph para abrir todas as opções de formatação relacionadas ao gráfico, tais como títulos, formatação de texto, etc.

6. Explore as opções de gráficos oferecidas pelo Hammer e tente personalizar o gráfico do perfil de acordo com as suas preferências.





Resultados Cenários

Sem Proteção

Tanque Hidropne umático

Surge Valve (SAV)

Surge Valve (SAV+ SRV)

Surge Tank

Surge Tank

(Unidireci onal)

(Bidireci onal)

Surge Valve (SRV)

Pressão Máxima em Pto-2 (m) Pressão Mínima em Pto-2 (m)

Resultados a serem concluídos no Workshop 2

Max. Volume de Vapor em TC-2 {TC-9, TC-11, TC-13} (L) Valor Máx. HGL em TC-5 (m)

Pressão Máxima (metros H2O)

Cenários Pto-2

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

Pressão em Estado Estacionário - SS

99,57

66,09

64,98

73,16

77,47

36,65

Pressão Máxima Permitida

140,0

140,0

140,0

140,0

140,0

140,0

Sem Proteção Com Tanque Hidropneumático Com Surge Valve (SAV) Com Surge Valve (SAV + SRV)

Resultados a serem concluídos no Workshop 2 Com Surge Tank (Unidirecional) Com Surge Tank (Bidirecional) Com Surge Valve (SRV)





Discussão - Perguntas P1. Onde se produz a maior formação de coluna de vapor (vapor pocket) e qual é o seu valor de volume máximo? – Explique a causa por trás da formação desta coluna de vapor.

P2. Selecione o histórico temporal de dados (Time History) para o conjunto formado por TC1: N-1 e, em seguida, clique no botão . Quando a coluna de vapor na junção N-1 começa a se formar e quando começa a desaparecer?

P3. O que acontece com o fluxo na junção J-1 aos 13,2 segundos aproximadamente e que efeito tem essa situação sobre a formação da coluna de vapor?

P4. Com base nas suas respostas das perguntas anteriores, que papel desempenha a formação da coluna de vapor no fenômeno do transiente observado? – Quais são as possíveis estratégias para a redução das sobrepressões?

P5. Por que a Bomba do sistema não está sujeita à onda de sobrepressões do transiente hidráulico?





Resultados Cenários

Sem Proteção

Pressão Máxima em Pto-2 (m)

300,54

Pressão Mínima em Pto-2 (m)

-2,42

Tanque Hidropne umático

Surge Valve (SAV)

Surge Valve (SAV+ SRV)

Surge Tank

Surge Tank

(Unidireci onal)

(Bidireci onal)

Surge Valve (SRV)

Resultados a serem concluídos no Workshop 2

Max. Volume de Vapor em TC-2 {TC-9, TC-11, TC-13} (L)

441,17

Valor Máx. HGL em TC-5 (m)

671,82

Pressão Máxima (metros H2O)

Cenários Pto-2

N-2

N-3

N-4

N-5

N-6

Pressão em Estado Estacionário - SS

99,57

66,09

64,98

73,16

77,47

36,65

Pressão Máxima Permitida

140,0

140,0

140,0

140,0

140,0

140,0

300,54

251,82

248,28

257,06

244,32

163,62

Sem Proteção Com Tanque Hidropneumático Com Surge Valve (SAV) Com Surge Valve (SAV + SRV)

Resultados a serem concluídos no Workshop 2 Com Surge Tank (Unidirecional) Com Surge Tank (Bidirecional) Com Surge Valve (SAV)





Discussão - Perguntas P1. Onde se produz a maior formação de coluna de vapor (vapor pocket) e qual é o seu valor de volume máximo? – Explique a causa por trás da formação desta coluna de vapor. R/: A maior coluna de vapor é produzida no nó N-1, com um volume máximo de 441,3 L. A água é impulsionada em direção ao nível superior ultrapassando o vértice no perfil apresentado em N-1, onde ocorre uma ruptura vertical aos 90 graus aproximadamente. Assim que a bomba é desligada, a água Bombeada antes do nó N-1 começa a desacelerar a uma taxa maior do que a massa de água subsequente a este vértice, isso somado à queda de pressão faz com que a cápsula de vapor se expanda em torno do nó N-1 bem como o fenômeno de separação de coluna. P2. Selecione o histórico temporal de dados (Time History) para o conjunto formado por TC-1: N-1 e, em seguida, clique no botão . Quando a coluna de vapor na junção N-1 começa a se formar e quando começa a desaparecer? R/: O fenômeno inicial de cavitação começa a se produzir em torno dos 7,5 segundos (quando o fluxo nas proximidades do vértice N-1 chega a ser nulo e os valores de pressão caem ao valor de pressão de vapor. Esse volume de ar começa a se comprimir após 13 segundos, quando a massa de água retorna de alturas mais elevadas e gera a onda de sobrepressão. Conselho de Análise: O primeiro volume de vapor na ruptura vertical (N-1) bem definida começa a se formar quando o fluxo no segmento da tubulação TC-1 chega a zero. A coluna de líquido na tubulação a jusante (TC-2) que já tiver superado o referido ponto por inércia, começa a superar a condição de vácuo em N-1. Este fenômeno permite correlacionar os gráficos de Fluxo e Volume para determinar um tempo aproximado de formação inicial de 7,5 segundos. P3. O que acontece com o fluxo na junção J-1 aos 13,2 segundos aproximadamente e que efeito tem essa situação sobre a formação da coluna de vapor? R/: O fluxo retorna do reservatório superior (Res-2) assim que a detenção da impulsão é sentida nas partes superiores da condução; isto resulta num fluxo negativo ou inverso, que chega ao nó N-1 após 13 segundos. Esta inversão no sentido do fluxo causa o colapso da coluna de vapor e gera a formação de uma onda de sobrepressão significativa. P4. Com base nas suas respostas das perguntas anteriores, que papel desempenha a formação da coluna de vapor no fenômeno do transiente observado? – Quais são as possíveis estratégias para a redução das sobrepressões? R/: Mitigar a formação de vapor por cavitação é, provavelmente, a raiz da solução. Isto pode ser conseguido através da instalação de um tanque hidropneumático ou tanque unidirecional que assegure ao sistema que a água adicional será fornecida na área onde se pode produzir cavitação sem dispositivos de proteção. P5. Por que a Bomba do sistema não está sujeita à onda de sobrepressões do transiente hidráulico? R/: O histórico temporal dos dados na bomba mostra que a válvula de retenção se fecha antes que a onda de perturbação retorne ao ponto da bomba, isolando efetivamente o dispositivo do resto da condução ou eventualmente protegendo-a de danos.





Dispositivos de Proteção na Tubulação Workshop 2 Descrição do Problema Utilizando o modelo criado no Workshop anterior (Workshop 1), utilizaremos o software HAMMER para avaliar diferentes estratégias de proteção em nossa tubulação. Este objetivo poderá ser alcançado através dos seguintes passos: I. Selecionar, Implementar e Modelar diferentes dispositivos/equipamentos de proteção contra sobrepressões para controlar a onda de pressão gerada durante o transiente e estimar o tempo necessário para que a fricção possa atenuar a energia produzida durante o transiente. II. Apresentar graficamente os resultados para explicar a estratégia de controle de pressões e dar recomendações para um projeto detalhado.

Análise Preliminar

N-1 (Vértice Elevado)

De acordo com os resultados do workshop anterior, conclui-se que o sistema requer um equipamento de proteção que possa ajudar a reduzir as sobrepressões ocorridas durante o transiente. Equipamentos de proteção específicos, tais como: Tanque Hidropneumático (Hydropneumatic Tank) - também conhecido como Caldeira, Válvula de Ventosa, (Combination Air Valve CAV) – também conhecida como válvula de alívio de ar ou um Tanque Unidirecional (One-way Surge Tank) podem ser implantados nos pontos altos da tubulação para controlar os transientes hidráulicos. Com base na análise do modelo preliminar, é evidente que as altas pressões no sistema são causadas pelo colapso repentino da coluna de vapor formada na altura da junção N-1. Como modelador, pode-se analisar a implementação de um tanque hidropneumático no ponto N-1 para fornecer fluxo ao sistema em caso de queda de energia, mantendo parcialmente a continuidade na coluna de água em movimento e minimizando a formação de coluna de vapor no ponto de ruptura vertical. Esta teoria (e outras) pode ser testada através de uma nova simulação do sistema no HAMMER e comparando-se os resultados com a simulação do sistema sem proteção.





Simulação com Dispositivos de Proteção Abrindo um projeto existente no HAMMER V8 XM 1. Para garantir que cada indivíduo comece o exercício a partir do mesmo modelo base, abriremos o arquivo Workshop2.WTG localizado em seu diretório de arquivos de inicialização. 2. Abra o Hammer da Bentley e, na caixa de diálogo de boas vindas, clique em Open Existing Project. 3. Vá para o diretório de arquivos de inicialização, selecionando o arquivo Workshop2.WTG. Clique em Open. Em seguida, sua área de desenho deve ser semelhante à figura abaixo:





IMPORTANTE: Para a simulação de estratégias de proteção, você pode converter a junção N-1 em diferentes dispositivos de proteção e salvar o modelo como arquivos separados. No entanto, se utilizarmos esta metodologia terminaremos com diversos arquivos. Para um gerenciamento de dados mais otimizado, utilizaremos o recurso do Hammer para criar múltiplos cenários em um mesmo arquivo.

Parte I.A – Adicionando um Tanque Hidropneumático Para adicionar um novo dispositivo, devemos configurar os respectivos cenários e, preliminarmente, as alternativas aplicadas a cada cenário. 1. Para acessar a janela de alternativas, acesse o menu Analysis/Alternatives. 2. Inicialmente, criaremos uma nova Alternativa de Topologia Ativa (Active Topology) para o tanque hidropneumático e tubulações adjacentes. Para isso, acesse a categoria Active Topology e clique no sinal (+) para visualizar as alternativas existentes. Nesse momento, iremos observar a alternativa “Base Active Topology” que estávamos utilizando anteriormente. 3. Clique com o botão direito do mouse sobre “Base Active Topology” e no menu pop-up selecione New/Child Alternative. Isto irá criar uma nova alternativa sob a alternativa base e a nomeará como “Active Topology Alternative -1” 4. Renomeie esta alternativa Dispositivo de Proteção”.

---------

como “Sem

5. Nesta nova alternativa criada, clique com o botão direito e novamente selecione a opção New/Child Alternative. Renomeie esta nova alternativa como “Com Tanque Hidropneumático” A janela de alternativas deve aparecer conforme a imagem à direita: Nota: Observe que a alternativa Base Active Topology apresenta uma marca de seleção na cor vermelha, indiciando que é a alternativa utilizada atualmente pelo cenário ativo.

Configuração de Cenários e Alternativas A seguir, criaremos os cenários que utilizarão as alternativas topológicas criadas anteriormente. Vá para o gerenciador de cenários através do Menu Analysis/Scenarios.





6. Selecione o cenário base e, clicando com o botão direito do mouse, selecione a opção Child Scenario. Renomeie este novo cenário como “Existente sem Dispositivo de Proteção.” 7. Após renomear o cenário, clique duas vezes sobre ele e ativará a janela de propriedades.

8. Altere a alternativa de Topologia Ativa selecionando “Sem Dispositivo de Proteção”.

9. Volte para a janela de gerenciamento de cenários, e selecione o cenário “Existente Sem Dispositivo de Proteção”. Em seguida, clique com o botão direito e selecione novamente a opção Child Scenario. 10. Renomeie este novo cenário como “Sist. Com Tanque Hidropneumático”. A janela de cenários deve aparecer da seguinte forma:

________

11. Clique duas vezes sobre este novo cenário e, analogamente, para os passos 7 e 8, na janela de propriedades, altere a alternativa de Topologia Ativa para “Com Tanque Hidropneumático”, como mostrado à direita:





De volta à área de desenho, agora estamos prontos para adicionar o Tanque Hidropneumático. 12. Clique no ícone para correspondente ao Tanque Hidropneumático na barra de ferramentas e insira o tanque justo abaixo do nó N-1. O nome (label) padrão HT-1 está correto.

, desenhe uma tubulação do nó Pto-2 a HT-1 e, em 13. Com o ícone de layout de tubulação seguida, de HT-1 a N-2. Estes dois novos pontos da tubulação serão nomeados de TC-8 e TC9, respectivamente. Após adicionar estes elementos, seu desenho deve estar semelhante à imagem abaixo:

14. Os pontos recém-criados terão praticamente as mesmas propriedades físicas das tubulações TC1 e TC-2, respectivamente. Portanto, através do relatório tabular de tubulações, insira os seguintes valores: Label

Start Node

Stop Node

Has user defined length?:

Lenght (User Defined) (m)

Diameter (in)

Material

HazenWilliams C

Wave Speed (m/s)

TC-8

Pto-2

HT-1

TRUE

20.25

24

Ductile Iron

130

1249.5

TC-9

HT-1

N-2

TRUE

380.00

24

Ductile Iron

130

1249.5





15. Para caracterizar o Tanque Hidropneumático HT-1, selecione o elemento e insira os seguintes dados através da janela de propriedades: Categoria Parâmetro Valor Elevation (Base) 408.20 m Operating Range Type Elevation Operating Range HGL (Initial) 464.25 m Liquid Volume (Initial) 14158.50 L Elevation 408.20 m 3 Volume (Tank) 20 m Physical Minor Loss Coefficient (Inflow) 1.0 Tank Calculation Model: Gas Law Model Diameter (Tank Inlet Orifice) 12 in Ratio of Losses 2.5 Transient (Physical) Gas Law Exponent 1.2 Has Bladder? True Pressure (Gas-Preset) 0.00 mH2O Nota: Verifique se as unidades de cada parâmetro correspondem às unidades ativas de seu modelo.





Agora, vamos passar entre os diferentes cenários configurando quais são os elementos ativos correspondentes a cada cenário, ou seja, definiremos quais elementos estão inativos em cada cenário. 16. Vá para a janela de cenários e selecione o cenário “Existente sem Dispositivo de Proteção”. Em seguida, clique no botão Make Current . 17. Após certificar-se de que este é o cenário ativo, acesse o menu Tools/Active Topology Selection ou simplesmente clique no botão da barra de ferramentas, que ativará a seguinte ferramenta:

18. Após certificar-se que o botão Add Button foi selecionado, selecione os tubos TC-8, TC-9 e o Tanque Hidropneumático HT-1. Concluída a seleção, clique no botão para confirmá-la. 19. Esses três elementos permanecerão sombreados em cinza, indicando que para o cenário ativo estes elementos estarão inativos, e o software não considerará a sua existência. O desenho esquemático deverá ser semelhante à figura abaixo:

Da mesma forma, agora devemos configurar como inativos os elementos TC-1, TC-2 e N-1 no cenário “Sist. Com Tanque Hidropneumático”. 20. Na janela de cenários, selecione o cenário “Sist. Com Tanque Hidropneumático” e clique no botão Make Current . 21. Clique no botão Active Topology Selection e, na ferramenta de seleção, clique inicialmente no botão para remover os elementos TC-8, TC-9 e HT-1 da seleção inativa, com o qual não permanecerão destacados.





22. Em seguida, clique no botão Add para adicionar à seleção os elementos TC-1, TC-2 e N-1 à relação de elementos inativos. Após a seleção, clique no botão Done para confirmar. 23. No cenário “Sist. Com Tanque Hidropneumático”, estes três elementos permanecerão sombreada em cinza, indicado que para esse cenário, estes elementos estão inativos. O desenho esquemático deve ser semelhante à figura abaixo:

Nota: Se para os cenários de ativos, você não deseja visualizar os elementos inativos, acesse o menu principal Tools/Options. Na aba “Global”, remova a marca do campo [Display Inactive Topology].

Definição de Perfis A seguir, será necessário definir uma rota linear (perfil) que inclua as novas tubulações e que permita, posteriormente, analisar linearmente o transiente com o dispositivo de proteção. 24. Com o cenário “Sist. Com Tanque Hidropneumático” ativo, abra o gerenciador de perfis clicando no ícone do menu View/Profiles.

ou a partir

25. Clique no botão New e, em seguida, no botão . 18. Na janela de desenho, clique sobre cada uma das tubulações da linha de transmissão incluindo as novas tubulações TC-10 e TC-11. Ao final, . clique no botão 19. Agora, todos os nós e tubulações ficarão listados na janela Profile Setup. 20. Clique em e, em seguida, clique em OK na janela Profile Series Option para visualizar o novo perfil.

21. Feche o perfil e, em seguida, na janela de gerenciamento de Perfis, renomeie o perfil como: Principal com SV-1. 22. Agora, devemos fazer com que esse perfil seja definido como uma rota utilizada para o relatório de resultados (Report Path). Clique com o botão direito no perfil e verifique se este perfil apresenta a marca de seleção na linha Transient Report Path, conforme mostrado na figura. 23. Feche a janela de gerenciamento de Perfis.

24. Antes de executar a simulação do transiente, salve seu modelo clicando no botão Save

.

Parte II.B. – Simulação do Transiente com Válvula SAV Após a configuração do cenário com válvula SAV como dispositivo de proteção, realizaremos as etapas para executar e analisar o transiente hidráulico do sistema com este dispositivo e durante a ocorrência de queda de energia definida anteriormente.




1.


Como de costume, o primeiro passo será a execução em estado estacionário do cenário “Sist. Com Válvula SAV”, clicando no botão Compute Initial Conditions

.

2.

Após a conclusão do cálculo computacional, a janela Calculation Summary aparecerá com o resumo dos resultados desta simulação. Se houver erros no modelo, na parte inferior do modelo, as abas “Information” e “Status Messages” mostrarão mensagens de erro ou advertências relacionadas ao seu modelo.

3.

Em seguida, clique no botão Compute para executar a análise do transiente. Após concluir o progresso da simulação, irá aparecer a janela Transient Calulation Summary. Na aba [Extreme Pressure and Heads] é possível avaliar a envoltória de pressões máximas e mínimas para este cenário. Veja abaixo a tabela de resumo:

4.

Para gerar um relatório impresso completo com os resultados do transiente passo a passo, acesse o menu principal Report/Transient Analysis Report/Transient Analysis Detailed Report, que irá gerar um relatório de texto com os resultados.

Revisão dos Resultados do Transiente 5.

Para visualizar os resultados do transiente apresentados no sistema com a válvula SAV,

6.

clique em Transient Results Viewer (TRV) na barra de ferramentas. Na janela de TRV, defina o caminho do relatório “Profile” como Principal com SV-1 e, em “Graph Type”, selecione Hydraulic Grade, em seguida, clique em .




7.

8.


Se todos os passos forem seguidos corretamente, você verá a seguinte figura com a envoltória de pressão máxima (vermelha) e mínima (Azul) do sistema com válvula tipo SAV:

Ao final, complete os resultados da tabela e salve o modelo, clicando no Botão Save


.




Parte III.A – Adicionando uma Válvula SAV + SRV Configuração do Cenário e Alternativa Topológica Para adicionar um novo dispositivo representado por uma válvula composta antecipadora de onda (SAV) + alívio de pressão (SRV), é necessário criar um novo cenário. A válvula SAV implantada no cenário anterior e a proposta de válvula SAV+SRV neste cenário serão representadas por um mesmo elemento, mas com propriedades distintas. Portanto, não será necessário criar uma alternativa de topologia ativa, porém, isso irá exigir uma nova alternativa na categoria de propriedades do transiente. 1. Abra a janela de alternativas através do menu Analysis/Alternatives. Expanda a categoria Transient no sinal (+). 2.

Selecionando a alternativa “Base Transient Alternative”, clique com o botão direito do mouse e selecione a opção New/Child Alternative. Renomeie esta alternativa como “SV-1 de Tipo SAV”

3.

Clique com o botão direito em “SV-1 Tipo SAV” e novamente selecione New/Child Alternative. Renomeie esta alternativa como “SV-1 de Tipo SAV+SRV”. A janela de alternativas deve aparecer conforme a imagem à direita:

Em seguida, será necessário atribuir estas novas alternativas aos cenários do modelo. Para isso, abra a janela de gerenciamento de cenários: 4.

Clique duas vezes sobre o cenário atual “Sist. Com Válvula SAV”, que irá exibir a janela de propriedades.

5.

Na janela de propriedades, altere a alternativa do Transiente para a opção “SV-1 de Tipo SAV”. Como esta alternativa herdou todas as propriedades da alternativa “Base Transient”, não teremos que fazer nada mais com este cenário. Você poderia ter deixado este cenário com a alternativa “Base Transient”; contudo, referenciando o cenário com a alternativa “SV-1 de Tipo SAV” teremos um diagrama mais organizado e fácil de usar, uma vez que se refere a um nome bastante descritivo.




6.

Retorne à janela de gerenciamento de cenários e, selecionando o cenário “Sist. Com Válvula SAV”, clique com o botão direito e selecione New/Child Scenario. Renomeie este cenário como “Sist. Com Válvula SAV+SRV”

7.

Defina este último cenário como cenário . ativo clicando no botão Make Current

8.

Clique duas vezes sobre este cenário para exibir a janela de propriedades para este cenário. Altere a alternativa do Transiente para “SV-1 de Tipo SAV+SRV”.


Observe que este cenário herdou a alternativa de topologia ativa “Com válvula SAV”. Isso é óbvio, dado que ele herdou as alternativas do cenário mestre.

9.

Para caracterizar a válvula de alívio de pressão neste cenário, clique no elemento SV-1 para exibir a janela de propriedades e inserir os seguintes dados: Categoria Physical

Transient (Operational)

Transient (Physical)

Parâmetro Elevation Threshold Pressure (SAV) Time for SAV to Open Time SAV Stays Fully Open Time for SAV to Close Threshold Pressure (SRV) SAV / SRV Type Valve Type Diameter (SAV) Discharge Coefficient (when SAV Fully Open) Diameter (SRV) Spring Constant


Valor 408.20 m 20 mH2O 2.0 sg 5.0 sg 10.0 sg 60.0 mH2O SAV+SRV Globe 12 in 3 0.5 0.030 m /s / (mH2O)^ 12 in 30.0 N/mm




Conforme mencionado no enunciado, o valor descritivo “SAV+SRV” no campo SAV/SRV indica que será uma válvula antecipadora de onda + alívio de pressão. A janela de propriedades do elemento SV-1 no cenário “Sist. Com Válvula SAV+SRV” deve aparecer da seguinte forma:

10.

Salve seu modelo através do ícone Save

.





Parte III.B. – Simulação do Transiente com Válvula SAV+SRV Concluída a configuração do cenário com válvula SAV+SRV, executaremos novamente o transiente hidráulico do sistema com este dispositivo. 1.

O primeiro passo será a execução em estado estacionário do cenário “Sist. Com Válvula SAV+SRV”, clicando no botão Compute Initial Conditions

2.

.

para executar a análise do transiente. Após Em seguida, clique no botão Compute concluir o progresso da simulação, irá aparecer a janela Transient Calulation Summary. Na aba [Extreme Pressure and Heads] você poderá avaliar a envoltória de pressões máximas e mínimas para este cenário, ou gerar o relatório detalhado através do menu principal Report/Transient Analysis Report/Transient Analysis Detailed Report.

Revisão dos Resultados do Transiente 3.

Para visualizar os resultados do transiente neste cenário específico (SAV+SRV), clique em

4.

Transient Results Viewer (TRV) na barra de ferramentas. Na janela de TRV, defina o caminho do relatório “Profile” como Principal com SV-1 e, em “Graph Type”, selecione Hydraulic Grade, em seguida, clique em .

5.

Para este cenário, a envoltória de pressões máximas e mínimas do sistema durante o transiente deverá aparecer da seguinte forma:




6.


Ao final, complete os resultados da tabela e salve o modelo, clicando no Botão Save


.




Parte IV.A – Adicionando um Tanque Unidirecional (Simple Surge Tank) Configuração do Cenário e Alternativa Topológica Para adicionar um novo dispositivo representado por um Tanque Unidirecional, devemos criar novamente um cenário e uma alternativa de topologia ativa em que o dispositivo apareça 1. Abra a janela através das opções do menu Analysis/Alternatives. Expanda (+) a categoria Active Topology. 2.

Selecionando a alternativa “Sem Dispositivo de Proteção”, clique com o botão direito do mouse e selecione a opção New/Child Alternative. Renomeie esta nova alternativa como “Com Tanque ST”

3.

Como iremos analisar posteriormente este Tanque sem válvula de retenção, é necessário criar também novas alternativas para as categorias: Física (Physical), Configuração Inicial (Initial Settings) e Transientes (Transient).

4.

Expanda a categoria Physical e selecionando a alternativa base, clique com o botão direito selecionando New/Child Alternative. Renomeie esta nova alternativa física como “Tanque com Válvula de Retenção”.

5.

Expanda a categoria Initial Settings e crie uma alternativa filha da alternativa base. Atribua o nome de “Tanque com Válvula de Retenção”.

6.

Repita o mesmo procedimento para a categoria Transient e a partir da alternativa Base Transient, crie uma alternativa filha, renomeando-a como “Tanque com Válvula de Retenção”

Após criar essas quatro novas alternativas, a janela deve aparecer conforme mostrado à direita:





Em seguida, criaremos o cenário que irá relacionar essas quatro alternativas em suas diferentes categorias. 7.

Abra o gerenciador de cenários através do menu Analysis/Scenarios e, selecionando a opção “Existente sem Dispositivo de Proteção”, clique com o botão direito e selecione a opção New/Child Scenario.

8.

Renomeie este cenário como “Sist. Com Tanque Unidirecional” e clique duas vezes sobre ele para ativar a janela de propriedades associada ao cenário.

9.

Na janela de propriedades, atribua ao cenário as alternativas criadas sob as seguintes categorias: - Active Topology: Com Tanque Unidirecional - Physical: Tanque com Válvula de Retenção - Initial Settings: Tanque com Válvula de Retenção - Transient: Tanque com Válvula de Retenção A janela de propriedades para este cenário é mostrada à direita.

10.

No canto superior esquerdo da janela principal, altere o cenário ativo para cenário “Base” simplesmente exibindo o menu suspenso e selecionando “Base”.





11.

De volta para a área de desenho, clique no botão Surge Tank localizado na barra de ferramentas de desenho. Insira este elemento logo abaixo da válvula SV-1. O nome padrão ST1 está correto.

12.

Utilizando o ícone de layout de tubulação desenhe uma linha a partir do nó Pto-2 até o tanque ST-1 e, em seguida, de ST-1 a N-2. Estes dois novos pontos de tubulação serão nomeados como TC-12 e TC-13, respectivamente. Sua janela de desenho deve aparecer da seguinte forma:

13.

Através do relatório tabular de tubulações (Menu Report/Element Tables/Pipes) atribua os seguintes valores para TC-12 e TC-13:

Label

Start Node

Stop Node

Has user defined length?:

Lenght (User Defined) (m)

Diameter (in)

Material

HazenWilliams C

Wave Speed (m/s)

TC-12

Pto-2

ST-1

TRUE

20.25

24

Ductile Iron

130

1249.5

TC-13

ST-1

N-2

TRUE

380.00

24

Ductile Iron

130

1249.5




14.


Para caracterizar o tanque unidirecional, selecione o elemento e insira os seguintes valores na janela de propriedades: Categoria Parâmetro Valor

Operating Range Type Elevation (Base) Elevation (Minimum) Operating Range Elevation (Initial) Elevation (Maximum) (m): Elevation (Alarm) Elevation Physical Section Diameter Surge Tank Type Has Check Valve? Weir Coefficient (SI) Transient (Physical) Diameter (Orifice) Ratio of Losses Headloss Coefficient Nota: Verifique cuidadosamente as unidades de cada parâmetro em seu modelo.


Elevation 408.20 m 408.20 m 414.00 m 415.00 m 414.70 m 408.20 m Circular 1.60 m Simple True 1.40 8.0 in 2.50 1.00




15.

Agora, é necessário indicar quais elementos não pertencem (ou estão inativos) no cenário “Sist. Com Tanque Unidirecional”. Vá para a janela de gerenciamento de cenários e certifique-se . que este cenário esteja ativo clicando no botão Make Current

16.

Clique no botão Active Topology Selection ferramentas de seleção aparecerá:

17.

Com o botão Add Buton ativo, comece a selecionar as tubulações TC-1 e TC-2 e todos os elementos que não pertencem a este cenário. Após a seleção, clique no botão Done para confirmar. Com esta seleção, somente as tubulações TC-12, TC-13 e o Tanque ST-1 deverão permanecer ativos. O diagrama do desenho deve aparecer da seguinte forma:

na barra de ferramentas e a barra de





Nota: Caso sua figura não se pareça com o diagrama acima, utilize as ferramentas de seleção de topologia ativa para ativar/desativar elementos.

Definição de Perfis A seguir, será necessário definir o perfil que inclui as novas tubulações TC-12, TC-13 e Tanque ST-1 para analisar na linha de condução o efeito deste dispositivo e a mitigação do fenômeno do transiente. 18.

Com o cenário “Sist. Com Tanque Unidirecional” ativo, abra o gerenciador de perfis a partir do menu View/Profiles. 19. Adicione um novo perfil clicando e, em seguida, no botão New no botão na parte inferior.





5. Retornando à caixa de diálogo Wave Speed Calculator, observe que os campos do módulo de elasticidade e gravidade específica mostram os valores próprios de Água a 4°C. 6.

Agora, para seção Material, clique no botão Ellipsis (...) sob o parâmetro Módulo de Young, que irá abrir a biblioteca de engenharia de materiais. Abra as categorias de materiais e selecione a opção de Ferro Dúctil (ferro dúctil). Clique no botão

Hammer v8i Portuguese Trn013110-1-0004 Sanepar[1]

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