hammer v8i portuguese trn013110-1-0004 sanepar[1]

HAMMER V8i, Anlise de Transientes

Verso V8i

Bentley Institute Course Guide

TRN013110-1-0004

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HAMMER V8i, Anlise de Transientes 2

Copyright September-2012 Bentley Systems Incorporated

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ANLISE DE TRANSIENTES HIDRULICOS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIO WORKSHOP 1 PGINA 1

C opyr igh t 20 12 Ben t ley Sy s tems Inc orpor a ted

Anlise de Transientes em Conduo Simples Workshop 1

Descrio do Problema Neste workshop, voc utilizar o HAMMER V8i para desenvolver uma simulao numrica de um transiente hidrulico em uma linha principal de transmisso para determinar quantitativamente o efeito do desligamento de uma estao de bombeamento (impulso) causado por uma queda repentina de energia.

O objetivo acima ser realizado atravs dos seguintes passos:

I. Analisar o sistema real conforme foi concebido (sem a incluso de qualquer dispositivo de proteo) para determinar seu grau de vulnerabilidade diante de um evento de transientes hidrulicos.

II. Apresentar os resultados graficamente para se obter uma maior compreenso do fenmeno do transiente hidrulico e, assim, propor um conjunto de possveis estratgias de remediao ou mitigao dos efeitos negativos que podem ser produzidos pelo transiente.

Descrio do Sistema

O sistema apresentado na figura acima descrito abaixo:

- Uma estao de bombeamento (impulso) capta a gua de um reservatrio nas proximidades com nvel regular de gua de 383 m e um fluxo de 467,5 L/s atravs de uma linha de transmisso especfica, que conduz a um reservatrio mais elevado a 456 m, com diferena de elevao total esttica de 73 mca (456 383).

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

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- Os dados para os componentes adicionais da linha de transmisso e seu perfil so fornecidos abaixo, e voc ser responsvel por criar e configurar a linha.

Parte I Configurao do Modelo

Criando um novo projeto no HAMMER V8i

1. Clique duas vezes no cone do HAMMER. Em seguida, a caixa de dilogo de boas vindas se abrir.

2. Clique em Create New Project.

3. Em seguida, voc visualizar a rea de desenho totalmente em branco e ativar o editor de elementos na margem esquerda da rea de desenho.

4. Clique no Menu principal File e selecione a opo Save As. V para o diretrio de sua preferncia e salve o arquivo com o nome Workshop1_Sol.WTG.

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Quanto s opes gerais do projeto, necessrio definir o sistema de unidade de nossa preferncia, as cores de fundo e de primeiro plano, os tamanhos dos textos e smbolos.

5. Para configurar essas definies, voc deve acessar o menu Tools/Options.

Neste workshop iremos trabalhar de forma esquemtica (ou seja, o comprimento no desenho no o tamanho real)

6. O nico item que iremos definir neste dilogo ser o Sistema de Unidades, que utilizaremos o padro.

Para isso, vamos para a aba Units e no menu suspenso Reset Defaults, iremos selecionar a opo System International.

E, por fim, clique em OK.

Opes de Base de Clculo Antes de construir o modelo, insira os dados. Acesse o menu Analysis/Calculations Options.

Na categoria Steady State/EPS Solver, clique duas vezes na opo Base Calculations Options para exibir na janela de propriedades os parmetros que iro controlar a simulao de fluxo permanente (condies iniciais).

No parmetro [Liquid Label], clique no boto Ellipsis (...) e, na biblioteca de lquidos, selecione gua a 20C, que importar a viscosidade cinemtica da gua a essa temperatura.

Nota: O Hammer permite realizar a simulao de qualquer outro tipo de fluido (leos, lcoois, etc.).

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Definindo Prottipos Antes de comear a desenhar o modelo, importante verificar se h dados e propriedades em comum nos elementos que formam o nosso sistema. Caso haja, importante definir para estes elementos prottipos (valores padro) a fim de reduzir o tempo na entrada de dados para a configurao do modelo.

Para este sistema, os pontos de tubulao na linha tero muitos valores em comum, tais como: Dimetro, Material, Valor C Hazen Williams, etc. Portanto, aconselhvel, neste caso, criar um prottipo.

1. V para a caixa de dilogo de prottipos, clicando no boto Prototypes ou atravs do menu principal View/Prototypes.

2. Selecione a categoria Pipe e clique no boto New na parte superior. O nome Pipe Prototype -1 atribudo ao novo prottipo automaticamente.

3. Clique com o boto direito do mouse sobre este prottipo e selecione a opo Rename. Renomeie o prottipo como DI 24 in.

4. Em seguida, clique duas vezes em DI 24 in e isso ir exibir ou abrir a caixa de dilogo do editor de propriedades.

5. Defina para este prottipo recm-criado, os seguintes parmetros na janela de propriedades:

Categoria Physical:

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

Escalonamento)

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A partir dessas definies, a janela do editor de propriedades deve ser semelhante figura ao lado.

Aps inserir esta configurao, feche a caixa de dilogo de Prottipos e voc estar pronto para comear a traar a linha de transmisso na rea de desenho.

Layout/Desenho do Sistema 1. Comece desenhando o elemento Reservatrio (Reservoir), clicando no boto Reservoir na

barra de elementos de layout no lado esquerdo da rea de desenho.

2. Traga a seta do mouse para a rea de desenho e clique para inserir o elemento Reservoir. O Hammer automaticamente atribuir a este elemento o nome (Label) R-1.

3. Assim que o reservatrio tiver sido adicionado, clique no boto Select ou pressione a tecla [ESC] para cancelar a seleo do boto Reservoir na ferramenta.

Nota: Para evitar que o elemento fique ativado e se ao clicar novamente sobre a rea de desenho corra o risco de inserir o mesmo elemento duplicado, voc pode definir nas opes Globais do Projeto que a opo Sticky Tool Palette permanea desativada. Isto ir permitir que uma vez inserido o elemento, o boto Select seja predefinido para desativar e ativar automaticamente.

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Para ativar ou desativar a opo Sticky Tool Palette, v para o menu principal Tools/Options, e na aba Global ative ou desative a caixa de seleo correspondente.

4. Clique duas vezes sobre o elemento Reservatrio para abrir a janela de editor de propriedades.

Note que na parte superior da janela, h um menu suspenso que originalmente possui listada a opo .

Para exibir apenas as propriedades necessrias para uma anlise de transientes, voc pode alterar a visualizao de atributos necessrios selecionando na lista suspensa a opo conforme ilustrado na figura.

5. No campo Label renomeie este elemento como Res-1.

Nota: No se preocupe se na sua janela os campos de Coordenadas X e Y no correspondem imagem direita, pois neste caso, trata-se de um desenho esquemtico.

6. Agora adicionaremos na janela de desenho e direita do reservatrio criado anteriormente uma juno (Junction), uma bomba (Pump) e novamente uma juno. Para criar uma juno, clique no boto Junction na barra de Layout e, em seguida, clique na janela de desenho no ponto ( direita do reservatrio) onde queremos que este elemento se localize. Repita o procedimento clicando no boto Pump para adicionar o elemento Bomba ao nosso sistema. Em seguida, clique novamente no boto Junction para adicionar um segundo n ou juno ao modelo.

7. Aps criar estes elementos, recomendamos que clique duas vezes sobre os mesmos e, atravs do editor de propriedades no campo Label, renomeie-os como Pto-1, Bomba-1 e Pto-2, respectivamente.

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

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8. Agora, vamos adicionar os pontos da tubulao que conectam a Res-1 - Pto-1, a Pto-1 - Bomba-1 e a Bomba-1 - Pto-2. Para isso, clique no boto Pipe da barra de ferramentas de desenho (Layout).

Em seguida, clique sobre o elemento Res-1, depois em Pt-1, Bomba-1 e, finalmente, em Pt-2 . E, ento, clique com o boto direito do mouse e no menu pop-up selecione a opo Done para finalizar o layout da tubulao.

9. Aps traar os trs (3) pontos da tubulao, clique duas vezes sobre eles e atravs da janela de propriedades, renomeie-os, respectivamente, como TS-1 (Tubo de Suco 1), TS-2 (Tubo de Suco 2) e TD- 1 (Tubo de Descarga 1).

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

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IMPORTANTE: possvel criar simultaneamente os elementos nodais e os pontos da tubulao atravs do boto Pipe . Basta clicar no local onde voc quer o primeiro n, mover o cursor e clicar consecutivamente adicionando elementos nodais at terminar. Para alterar o tipo de elemento Nodal, clique com o boto direito do mouse em qualquer momento e selecione o elemento que deseja adicionar.

Em seguida, concluiremos o desenho de toda a linha de transmisso adicionando todos os ns e pontos restantes, conforme indicado na figura abaixo. Os ns faltantes sero renomeados como N-1, N-2, N-3, etc. e as tubulaes faltantes como TC-1, TC-2, TC-3, etc.

10. Para fazer isso automaticamente, v ao menu Tools/Options e clique na aba Labeling.

Em seguida, altere os seguintes campos para as Linhas Pipe (Tubulaes) e Junction (Junes). - Para a linha Pipe: Next: 1 / Prefix (Prefixo): TC- - Para a linha Junction: Next: 1 / Prefix (Prefixo): N-

Conforme indicado abaixo:

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

Nota: Lembre-se que o ltimo elemento da tubulao um reservatrio, que receber o nome de Res-2 na janela de propriedades Atribuindo Elevaes nos Elementos

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Em seguida, voc dever definir as elevaes dos elementos nodais que compem o perfil da tubulao de acordo com as seguintes tabelas:

Tabela 1 Elevaes nas Junes Nome Elevao (m) Notas Pto-1 363,0 Suco Pto-2 363,0 Descarga N-1 408,2 Conduo N-2 395,0 Conduo N-3 395,0 Conduo N-4 385,9 Conduo N-5 380,1 Conduo N-6 420,0 Conduo

Tabela 2 Elevaes no Bombeamento Nome Elevao (m) Notas

Bomba-1 363,0 E. Bombeamento

Tabela 3 Elevaes nos Reservatrios

Nome Elevao (m) Dimenso Estrutura de Sada / Entrada

(m) Notas

Res-1 383,2 377,0 Reservatrio Fonte Res-2 456,0 449,9 Reservatrio Receptor

Para inserir esses dados, clique duas vezes em cada elemento e edite os valores atravs da janela de propriedades. No entanto, isso no seria ideal no caso das junes, pois h muitos valores a serem inseridos. Para inserir os dados, o Hammer V8i oferece uma grande flexibilidade por meio de seus relatrios tabulares (FlexTables).

1. Para acessar os relatrios tabulares, v ao menu principal View e selecione a opo FlexTables.

2. Na caixa de dilogo FlexTables, v para a categoria pr-definida (Tables Predefined) e clique duas vezes na tabela de junes Junction Table.

3. Em seguida, a tabela correspondente s junes se abrir, e uma das colunas ser a Elevao dos ns. Verifique a ordem dos elementos e insira os valores de elevao.

4. Aps inserir os valores de elevao, a tabela de junes deve aparecer da seguinte forma:

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5. Feche a tabela de Junes.

6. De volta caixa de dilogo FlexTables, clique duas vezes na categoria Reservoir Table para abrir o relatrio tabular de Reservatrios. Aps abrir a tabela, insira para os dois reservatrios do sistema os valores de elevao da superfcie da gua (Elevation) e a dimenso/elevao da tubulao de entrada ou sada dos reservatrios (Elevation (Inlet/Outlet Invert)). A tabela deve aparecer da seguinte forma:

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

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8. Para inserir elevaes no elemento Bomba, podemos utilizar o relatrio tabular ou, por se tratar de um nico elemento, podemos simplesmente editar o valor de elevao atravs do editor de propriedades.

9. Na rea de desenho, selecione o elemento Bomba-1. No editor de propriedades, atribua o valor de 363 m para o parmetro Elevation.

Inserindo Dados nos Pontos da Linha de Transmisso

Neste ponto, devemos inserir os dados que configuram os dez pontos desenhados para a linha de transmisso entre ambos os reservatrios de acordo com os valores apresentados na Tabela 4 da pgina seguinte.

Notas: (1) Nesse caso, e dado que se trata de 10 elementos, utilizaremos os relatrios

tabulares (FlexTables) para inserir os dados. (2) Em relao ao parmetro Velocidade de Onda (Wave Speed) necessrio na anlise de

transientes hidrulicos, podemos deixar este espao em branco para calcular mais tarde atravs de algumas das novas ferramentas oferecidas pelo Hammer V8i.

(3) O valor dos Dimetros dado em polegadas (in). Pode ser que na sua tabela aparea em mm, ento, para alterar a unidade, selecione a coluna e clique no boto direito do mouse selecionando a opo Units and Formatting definindo polegadas como unidade.

(4) Caso seus Ns de Incio (Start Node) e Fim (Stop Node) no estejam na ordem correta, voc pode inverter o sentido do ponto da tubulao selecionando o ponto em questo e clicando no campo Node Reversal no editor.

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Veja abaixo os dados que devem ser inseridos linha de transmisso. Tabela 4 Pontos da Linha de Transmisso

Nome (Label)

Incio (Start Node)

Final (Stop Node)

Linha Esquemtica?

(Has User Defined Length?)

Compr. Esquem.

(User Defined)

(m)

Dimetro (in) Material

Hazen-Williams

C

TS-1 Res-1 Pto-1 Verdadeiro 50,00 24,0 Ductile Iron 130,0

TS-2 Pto-1 Bomba-1 Verdadeiro 39,90 24,0 Ductile Iron 130,0

TD-1 Bomba-1 Pto-2 Verdadeiro 10,00 24,0 Ductile Iron 130,0

TC-1 Pto-2 N-1 Verdadeiro 20,25 24,0 Ductile Iron 130,0

TC-2 N-1 N-2 Verdadeiro 380,00 24,0 Ductile Iron 130,0





TC-7 N-6 Res-2 Verdadeiro 175,00 24,0 Ductile Iron 130,0

IMPORTANTE: As elevaes nos ns e comprimentos das linhas so extremamente importantes na modelagem de transientes hidrulicos, pois as inclinaes nos pontos determinam o quo rpido uma coluna de gua capaz de retornar, bem como as mudanas de momentum durante o fenmeno do transiente.

1. Para acessar o relatrio tabular dos pontos da tubulao, acesse o menu principal View e selecione a opo FlexTables ou clique no boto da Barra de Ferramentas.

2. Na caixa de dilogo FlexTables, v para as categorias pr-definidas (Tables Predefined) e clique duas vezes na tabela de tubulaes Pipe Table.

3. Em seguida, a tabela correspondente s linhas de tubulao se abrir.

4. Verifique inicialmente a ordem dos elementos e insira os valores de acordo com a tabela fornecida.

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5. Aps inserir os valores de Comprimento esquemtico, Dimetro, Material e C; a tabela deve aparecer da seguinte forma:

Clculo da Velocidade de Onda nas Linhas de Tubulao Agora, ser necessrio calcular a velocidade de onda para os pontos da tubulao que formam a linha de transmisso.

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Para facilitar esta tarefa, o Hammer V8i oferece ao usurio uma ferramenta de clculo automtico.

1. Clique no menu principal Tools e selecione a opo Wave Speed Calculator.

2. Na caixa de dilogo pop-up, voc ver quatro (4) sees: Liquid, Material, Miscellaneous e Features.

Nota: Observe que para os campos do Tipo de Lquido e Material, existe um boto ellipsis que nos levar para a biblioteca de lquidos e materiais que o software possui.

3. Clique no boto Ellipsis () para o parmetro Bulk Modulus of Elasticity (Mdulo de Elasticidade no interior do fluido), que abrir a biblioteca de engenharia para lquidos.

4. Para expandir a biblioteca de lquidos, clique em (+) para exibir os diferentes tipos de fluidos. Selecione a opo Water at 20C (39F) e clique no boto na parte inferior.

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5. De volta caixa de dilogo Wave Speed Calculator, observe que os campos do mdulo de elasticidade e gravidade especfica mostram os valores prprios de gua a 4C.

6. Agora, para seo Material, clique no boto Ellipsis (...) sob o parmetro Mdulo de Young, que ir abrir a biblioteca de engenharia de materiais. Abra as categorias de materiais e selecione a opo de Ferro Dctil (Ductile Iron). Clique no boto para selecionar o material e importar os valores das variveis Youngs Module e Poissons Ratio.

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7. Na seo Miscellaneous, insira 17.80 mm como espessura da parede (Wall Thickness).

8. Para o parmetro que define o tipo de suporte da linha de transmisso (Pipeline Support), escolha a opo Anchored Throughout que define se a tubulao apresenta ancoragens contnuas ao longo de todo o seu comprimento.

9. Para a seo Features, marcaremos a opo All, pois precisamos calcular a velocidade de onda em todos os pontos da nossa linha de transmisso.

A caixa de dilogo deve aparecer conforme a imagem direita.

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10. Clique em OK e o software ir calcular o valor do parmetro velocidade de onda e o aplicar em todas as tubulaes do modelo. Em seguida, uma janela ir aparecer indicando que o clculo foi concludo. Clique em OK novamente para fechar.

11. Agora, selecione qualquer um dos pontos da tubulao 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 atravs do menu principal File/Save As ou clique no boto Save .

Parte II Definio das Opes de Clculo

Antes de realizar a modelagem no Hammer do sistema que criamos, ser necessrio configurar determinados parmetros de clculo, tais como: propriedades do fluido, propriedades das tubulaes, durao total da simulao, quebras de clculo e opes do relatrio de resultados.

1. Acesse o menu Analysis/Calculation Options ou clique no boto Calculation Options para abrir o administrador de Opes de Clculo.

2. Voc ver duas pastas. A primeira: Steady State/EPS Solver, refere-se s opes de clculo para a modelagem hidrulica convencional (fluxo constante). A segunda pasta, Transient Solver, refere-se s opes de clculo a serem consideradas na modelagem de transientes hidrulicos.

3. Na pasta Transient Solver, clique duas vezes em Base Calculations Options, que ir abrir o editor de propriedades para esta categoria de opes de clculo.

4. Na seo Summary, configure os seguintes parmetros:

- Run Duration Time: Time - Run Duration: 140 Sec - Pressure Wave Speed: 0.0 m/s (Valor

Padro a ser utilizado caso no esteja definido nas linhas)

- Vapor Pressure: -10.09 mH2O (Valor Padro a ser utilizado)

- Generate Animation Data: True (Para poder ver animaes posteriormente)

- Run Extended CAV: True (Opo para uma maior preciso no fenmeno de separao de coluna)

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5. Na seo Reporting, defina os parmetros da seguinte forma:

- Show Pocket Opening/Closing: True

6. Para o campo de pontos de relatrio (Report Points), selecione a opo Selected Points no menu suspenso.

7. Em seguida, aparecer o campo Report Points Collection. Neste campo, clique no boto Ellipsis (...) e na caixa de dilogo pop-up definiremos os pontos que precisam de relatrio e os dados de sada que o transiente geraria durante sua durao; tais como: Variao Temporal de Fluxo, Valores de Presso, Volumes de Vapor/Ar, etc.).

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

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Assim que os cinco (5) pontos selecionados aparecerem no painel direita, clique em OK para fechar essa janela.

9. De volta janela de propriedades, conclua a configurao dos parmetros da seo Reporting:

- Report Times: Periodically - Report Period: 10

Nota: O Hammer ir calcular cada quebra de clculo e os valores da envoltria de presses mximas e mnimas, seja qual for o valor do parmetro Report Period. Este parmetro ir afetar apenas a freqncia dos dados de sada na animao do Transiente e nos Grficos.

10. Aps concluir a configurao das opes de clculo, a janela de propriedades deve aparecer conforme a imagem direita. Feche a janela de Opes de Clculo (Calculations Options).

Definio de Perfis

A seguir, ser necessrio definir uma rota linear (perfil) da Rede, atravs da qual visualizaremos o grfico e a animao da linha de gradiente hidrulico (HGL) durante o fenmeno do Transiente.

Neste caso, temos uma Linha de Transmisso simples, de modo que a definio do perfil ser mais do que bvia. No entanto, para redes malhadas, possvel ter mltiplos perfis e, nesse caso, devemos definir rotas lineares para as quais desejamos analisar o grfico no perfil e a animao do transiente hidrulico.

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1. Abra o gerenciador de perfis clicando no cone ou a partir do menu View/Profiles.

2. Clique no boto New e, em seguida, no boto Select From Drawing.

3. Na janela de desenho, clique sobre cada uma das tubulaes da linha de transmisso da linha TS-1 at TC-7 (note que os pontos selecionados so destacados). Aps selecionar os elementos, clique no boto Done .

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

5. Clique no boto para visualizar o perfil criado. A janela de configurao Profile Series Option ir aparecer. Clique em OK e ver o perfil abaixo:

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Nota: Possivelmente em seu perfil, voc ver a linha de gradiente hidrulico (HGL) em zeros. No se preocupe, pois isso ocorre porque ainda no realizamos nenhuma simulao. Posteriormente, esta linha refletir os valores da linha piezomtrica.

6. Feche o perfil e, em seguida, na janela de administrao de Perfis, renomeie o perfil com um nome mais descritivo. Para isso, clique com o boto direito e selecione a opo Rename. Renomeie o perfil como: Transmisso Principal.

7. Agora, temos que configurar esse perfil como a rota utilizada pelo Hammer para o relatrio de resultados (Report Path). Clique com o boto direito no perfil e verifique se este perfil apresenta a marca de seleo na linha Transient Report Path conforme mostra a figura. Caso no haja esta marca, clique na opo.

Notas: Se olhar o cone do perfil mais de perto, ver que h um pequeno martelo, indicando que este perfil ser usado pelo Hammer para o relatrio e animao dos resultados.

8. Feche a janela de gerenciamento de Perfis. 9. Lembre-se de salvar seu modelo periodicamente atravs do boto Save .

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Parte III Simulao do Transiente Hidrulico Sem Dispositivos de Proteo do Modelo

A seguir, realizaremos os passos necessrios para a anlise do transiente hidrulico no caso de queda repentina de energia na estao de bombeamento e em um sistema sem dispositivo de proteo, diferente da vlvula de verificao, que est implcita no elemento Bomba e impede a passagem de fluxo inverso atravs da mesma.

1. Clique duas vezes no elemento Bomba-1, que abrir a janela ou caixa de dilogo do editor de propriedades.

2. V para a seo Transient (Operational), onde definiremos os parmetros operacionais da Bomba para o nosso sistema e processo operacional.

3. Nesta seo, clique no parmetro Pump Type (Transient), e selecione a opo Shut Alter Time Delay (desligado em um intervalo de Tempo) no menu suspenso.

4. Ao selecionar essa definio, a janela de propriedades ir listar novas opes/parmetros no campo Pump Type (Transient). Configure os parmetros com os seguintes valores:

- Diameter (Pump Valve): Configure o dimetro interno da vlvula adjacente Bomba como 24 polegadas (in).

- Time (Delay until Shut Down): Configure este tempo como 5 segundos. Por convenincia, ns definimos que a queda de energia ocorre 5 segundos aps o incio da anlise, ou seja, a simulao do transiente ir iniciar neste ponto.

- Pump Valve Type: Defina o tipo de vlvula como Check Valve. Em caso de queda de energia e desligamento da bomba, a vlvula de controle est configurada para fechar imediatamente, sem nenhum atraso para proteger a bomba contra danos.

A figura direita mostra os parmetros recm-configurados.

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5. Agora, na mesma janela de propriedades, v para o campo Pump Definition, na categoria Physical, que atualmente deve estar como , ou seja, os parmetros caractersticos da Bomba-1 ainda no foram definidos.

6. No menu suspenso do campo Pump Definition, selecione a opo Edit Pump Definitions, que abrir a janela para a configurao das definies da Bomba. Na janela Pump Definitions, clique no boto New no canto superior esquerdo, e nomeie esta nova definio como Bomba-1, j que esta ser a definio das caractersticas da referida bomba.

7. No lado direito da janela, clique na aba Head e configure a definio da curva da bomba escolhendo no campo Pump Definition Type a opo 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 esto em L/s). - Head: 81,00 m

A curva caracterstica da bomba deve ser semelhante imagem abaixo:

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

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

- Inertia of Pump: Atribumos um valor de 17,25 Kg-m2, que representa a inrcia do par Bomba-Motor. Este dado geralmente encontra-se no catlogo do fabricante.

- Rotational Speed: definido um valor de velocidade de rotao de 1760,0 rpm. - Specific Speed: Configuramos o valor de velocidade especfica como SI=25, US=1280 com

base na velocidade de rotao (1760 rpm). Consulte o Apndice B do manual para obter mais informaes sobre como determinar este parmetro.

- Reverse Spin Allowed?: Sem marca. Removemos a marca para definir que nesta bomba no permitida a rotao inversa, supondo que existe uma vlvula de reteno no lado da descarga, que impede que o fluxo inverso passe atravs da bomba.

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10. Feche a janela Pump Definitions. De volta caixa de dilogo de Propriedades para a Bomba-1, clique novamente no campo Pump Definition e no menu suspenso selecione a definio Bomba-1 criada recentemente.

11. Feche a janela de propriedades e salve o modelo novamente clicando no boto Save

.

Simulao das Condies Iniciais do Modelo

Qualquer anlise de transientes hidrulicos parte das condies de equilbrio do sistema. Neste caso, antes da anlise do transiente, devemos determinar as condies do sistema e os valores da linha piezomtrica em estado estacionrio (Steady State).

1. Acesse o menu Analysis/Compute Initial Conditions para concluir uma execuo do modelo em estado estacionrio.

2. Aps a concluso do clculo computacional, a janela Calculation Summary aparecer com o resumo dos resultados desta simulao. Se houver erros no modelo, na parte inferior do modelo, as abas Information e Status Messages mostraro mensagens de erro ou advertncias relacionadas ao seu modelo. Neste caso, se tiver seguido os passos acima corretamente, no deve haver qualquer mensagem de erro. Verifique se no h nenhum erro na sua janela de resumo e feche esta janela.

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3. Caso queira visualizar graficamente os valores da linha de gradiente hidrulico nesta linha de transmisso, v para o menu View/Profiles e abra o perfil Transmisso Principal criado anteriormente.

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Simulao do Transiente Hidrulico

Com base na condio geradora do transiente hidrulico definida anteriormente (desligamento da Bomba aps 5 segundos), realizaremos a anlise do fenmeno transiente que pode ocorrer em nosso sistema. 1. Acesse o menu principal Analysis/Compute ou simplesmente clique no boto Compute na

barra de ferramentas para executar a anlise do transiente. Em seguida, abra uma janela de progresso da simulao, que pode levar alguns segundos.

Nota: Caso suspeite que seu modelo possa ter algum problema de configurao, voc pode executar previamente uma ferramenta de validao (Menu Analysis/Validate) antes de tentar executar o modelo, com o qual executar um processo de verificao de erros antes de tentar executar a simulao de transientes, que leva muito mais tempo.

2. Ao concluir a simulao, aparecer a janela Transient Calculation Summary com o resumo da simulao. Reserve um momento para revisar as abas de Resumo, Condies Iniciais e Presses Extremas. Em seguida, veremos a aba com os valores extremos de carga e presso (note que h presses negativas em diversos pontos do sistema):

3. Caso queira gerar um relatrio impresso completo com o resumo da simulao, clique no boto que ir gerar um relatrio de uma pgina ou mais com os resultados.

4. Clique no boto quando estiver pronto. Caso a janela de notificaes do usurio (User Notifications) esteja indicando algumas mensagens de advertncia (para possivelmente reduzir o tempo de clculo) e outras mensagens de notificao, feche esta janela tambm.

Reviso dos Resultados do Transiente

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Agora, o objetivo ser visualizar os resultados do transiente graficamente para entender o fenmeno do transiente que ocorre no sistema. Para isso, utilizaremos a ferramenta Transient Results Viewer que permite representar graficamente e por meio de animaes as variaes de presso e fluxo durante o transiente hidrulico.

1. Acesse o menu principal Analysis e selecione a opo Transient Results Viewer ou clique no boto na barra de ferramentas. Em seguida, aparecer a seguinte mensagem:

Esta mensagem refere-se verso do visualizador utilizado. Clique em YES.

A janela seguinte aparecer:

2. Por padro, o Hammer V8i no gera um resultado para cada um dos pontos do sistema ou para cada intervalo de tempo, pois isso pode gerar arquivos de relatrio excessivamente volumosos (dezenas ou centenas de Megabytes). Para os pontos especficos e rotas (perfis) que especificamos previamente (Pg. 18) voc poder gerar diferentes tipos de grficos ou animaes:

A) Perfil da Linha de Gradiente Hidrulico (HGL): O Hammer pode representar graficamente a linha HGL em estado estacionrio, bem como a envoltria de valores mximos e mnimos de carga piezomtrica ao longo do perfil principal.

B) Histrico de Tempo: O Hammer pode representar graficamente todas as alteraes nos parmetros que forem dependentes do transiente hidrulico como Fluxo, Carga e Volume de Vapor (ar), em qualquer um dos pontos de interesse definidos.

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C) Animaes: Voc pode clicar no boto para visualizar como as variveis do sistema se alteram ao longo do tempo, uma vez gerado, neste caso, a queda de energia no Bombeamento. Cada perfil (path) e histrico de resultados so sincronizados para serem animados simultaneamente. Voc ir perceber que com o passar do tempo as presses do transiente vo se estabilizando.

Veja abaixo um exemplo do grfico que podemos obter, que na parte superior no indica a formao mxima do volume de ar no sistema ao longo da linha de transmisso, e no grfico inferior as envoltrias mxima (Vermelha) e mnima (Azul) dos valores de carga no sistema na durao do transiente (a linha preta pontilhada representa o valor de HGL na simulao esttica):

Animao dos Resultados do Transiente ao longo do Perfil e Pontos de Relatrio.

Como mencionado, o Hammer V8i oferece diferentes alternativas de visualizao para representar graficamente e animar o transiente hidrulico. Da mesma forma, vimos que antes de executar o modelo, necessrio definir os pontos de interesse e perfis (paths) de interesse, bem como a freqncia para gerar os resultados, caso contrrio, o Hammer no teria resultados evitando que se gere um arquivo de sada (*.HOF) excessivamente grande.

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Da mesma forma, nas opes de clculo, necessrio definir se o arquivo de animao ser ou no gerado na tela, conforme definimos na pgina 19, nas opes Base Calculations Options da pasta Transient Solver.

Depois que os arquivos de modelagem foram gerados (clique no boto Compute ), voc poder visualizar as animaes, inclusive em uma prxima sesso do Hammer, sem ter que executar o modelo novamente. Isso pode economizar tempo na comparao de resultados de diferentes estratgias de proteo. Para o nosso modelo, o procedimento para visualizar animaes o seguinte:

1. Caso tenha fechado a janela de exibio de resultados, abra novamente esta caixa de dilogo atravs do menu Analysis/Transient Results Viewer. Isso abrir automaticamente o arquivo Workshop1.wtg.mdb_1_1.hof criado ao executar a simulao do modelo anteriormente.

2. Nesta janela, defina os seguintes campos: - Path (Profile): Transmisso Principal - Graph Type: Path & Volume Clique no boto da seo superior Paths (Profiles)

3. No controle de animao (Animation Controller) clique no boto Play para iniciar a simulao. Em um determinado momento (aprox. 19,50 s) a janela de animao deve ser semelhante imagem abaixo:

4. Clique com o boto direito do mouse sobre o grfico e selecione a opo Save as para salvar o resultado apresentado na tela como um arquivo grfico do Hammer de extenso .GRP ou como

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um arquivo de extenso .BMP. Voc poder carregar este grfico mais tarde. Feche este grfico e a janela Animation Controller.

Adicionando comentrios em um Grfico de Relatrios. Atravs da caixa de dilogo Transient Results Viewer, voc poder representar graficamente a evoluo temporal nos valores de diferentes parmetros para os pontos de relatrios pr-definidos. Alm disso, como vimos, possvel traar o perfil do sistema em conjunto com variveis selecionadas para ver a variao espacial do fenmeno do transiente hidrulico.

1. Caso tenha fechado a janela de exibio de resultados, abra novamente esta caixa de dilogo atravs do menu Analysis/Transient Results Viewer.

2. Na seo inferior Time Histories configure os campos da seguinte forma: - Time History: TC-1:N-1 - Graph Type: Head & Flow Clique no boto desta seo para ver a evoluo temporal destes parmetros durante o fenmeno do transiente:

3. Feche este grfico aps ter analisado a variao das cargas (Head) e Fluxo (Flow) no ponto TC-1 a N-1.

4. De volta caixa de dilogo Transient Results Viewer, configure os seguintes parmetros na seo Paths (Profiles): - Path (Profile): Transmisso Principal - Graph Type: Path & Volume Clique no boto desta seo para visualizar o perfil:

5. Para formatar o grfico, siga os seguintes passos:

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- Selecione a parte do grfico onde aparece o perfil clicando na caixa (ela permanecer selecionada)

- Clique com o boto direito do mouse na parte do grfico e no menu pop-up selecione a opo Draw Symbol e, com isso, voc poder inserir um smbolo de sua escolha.

- No mesmo menu pop-up, voc poder selecionar a opo Format Graph para abrir todas as opes de formatao relacionadas ao grfico, tais como ttulos, formatao de texto, etc.

6. Explore as opes de grficos oferecidas pelo Hammer e tente personalizar o grfico do perfil de acordo com as suas preferncias.

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Resultados

Cenrios

Sem Proteo

Tanque Hidropneumtico

Surge Valve (SAV)

SurgeValve (SAV+SRV)

Surge Tank

(Unidirecional)

Surge Tank

(Bidirecional)

Surge Valve (SRV)

Presso Mxima em Pto-2 (m)

Resultados a serem concludos no Workshop 2

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

Valor Mx. HGL em TC-5 (m)

Cenrios Presso Mxima (metros H2O) Pto-2 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6

Presso em Estado Estacionrio - SS 99,57 66,09 64,98 73,16 77,47 36,65

Presso Mxima Permitida 140,0 140,0 140,0 140,0 140,0 140,0

Sem Proteo

Com Tanque Hidropneumtico


Com Surge Valve (SAV)

Com Surge Valve (SAV + SRV)

Com Surge Tank (Unidirecional)

Com Surge Tank (Bidirecional)

Com Surge Valve (SRV)

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Discusso - Perguntas

P1. Onde se produz a maior formao de coluna de vapor (vapor pocket) e qual o seu valor de volume mximo? Explique a causa por trs da formao desta coluna de vapor.

P2. Selecione o histrico temporal de dados (Time History) para o conjunto formado por TC-1: N-1 e, em seguida, clique no boto . Quando a coluna de vapor na juno N-1 comea a se formar e quando comea a desaparecer?

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

P4. Com base nas suas respostas das perguntas anteriores, que papel desempenha a formao da coluna de vapor no fenmeno do transiente observado? Quais so as possveis estratgias para a reduo das sobrepresses?

P5. Por que a Bomba do sistema no est sujeita onda de sobrepresses do transiente hidrulico?

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Resultados

Cenrios

Sem Proteo

Tanque Hidropneumtico

Surge Valve (SAV)

SurgeValve (SAV+SRV)

Surge Tank

(Unidirecional)

Surge Tank

(Bidirecional)

Surge Valve (SRV)

Presso Mxima em Pto-2 (m) 300,54


Presso Mnima em Pto-2 (m) -2,42 Max. Volume de Vapor em TC-2 {TC-9, TC-11, TC-13} (L) 441,17

Valor Mx. HGL em TC-5 (m) 671,82

Cenrios Presso Mxima (metros H2O) Pto-2 N-2 N-3 N-4 N-5 N-6

Presso em Estado Estacionrio - SS 99,57 66,09 64,98 73,16 77,47 36,65

Presso Mxima Permitida 140,0 140,0 140,0 140,0 140,0 140,0

Sem Proteo 300,54 251,82 248,28 257,06 244,32 163,62

Com Tanque Hidropneumtico



Com Surge Valve (SAV + SRV)

Com Surge Tank (Unidirecional)

Com Surge Tank (Bidirecional)


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Discusso - Perguntas

P1. Onde se produz a maior formao de coluna de vapor (vapor pocket) e qual o seu valor de volume mximo? Explique a causa por trs da formao desta coluna de vapor.

R/: A maior coluna de vapor produzida no n N-1, com um volume mximo de 441,3 L. A gua impulsionada em direo ao nvel superior ultrapassando o vrtice no perfil apresentado em N-1, onde ocorre uma ruptura vertical aos 90 graus aproximadamente. Assim que a bomba desligada, a gua Bombeada antes do n N-1 comea a desacelerar a uma taxa maior do que a massa de gua subsequente a este vrtice, isso somado queda de presso faz com que a cpsula de vapor se expanda em torno do n N-1 bem como o fenmeno de separao de coluna.

P2. Selecione o histrico temporal de dados (Time History) para o conjunto formado por TC-1: N-1 e, em seguida, clique no boto . Quando a coluna de vapor na juno N-1 comea a se formar e quando comea a desaparecer?

R/: O fenmeno inicial de cavitao comea a se produzir em torno dos 7,5 segundos (quando o fluxo nas proximidades do vrtice N-1 chega a ser nulo e os valores de presso caem ao valor de presso de vapor. Esse volume de ar comea a se comprimir aps 13 segundos, quando a massa de gua retorna de alturas mais elevadas e gera a onda de sobrepresso.

Conselho de Anlise: O primeiro volume de vapor na ruptura vertical (N-1) bem definida comea a se formar quando o fluxo no segmento da tubulao TC-1 chega a zero. A coluna de lquido na tubulao a jusante (TC-2) que j tiver superado o referido ponto por inrcia, comea a superar a condio de vcuo em N-1. Este fenmeno permite correlacionar os grficos de Fluxo e Volume para determinar um tempo aproximado de formao inicial de 7,5 segundos.

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

R/: O fluxo retorna do reservatrio superior (Res-2) assim que a deteno da impulso sentida nas partes superiores da conduo; isto resulta num fluxo negativo ou inverso, que chega ao n N-1 aps 13 segundos. Esta inverso no sentido do fluxo causa o colapso da coluna de vapor e gera a formao de uma onda de sobrepresso significativa.

P4. Com base nas suas respostas das perguntas anteriores, que papel desempenha a formao da coluna de vapor no fenmeno do transiente observado? Quais so as possveis estratgias para a reduo das sobrepresses?

R/: Mitigar a formao de vapor por cavitao , provavelmente, a raiz da soluo. Isto pode ser conseguido atravs da instalao de um tanque hidropneumtico ou tanque unidirecional que assegure ao sistema que a gua adicional ser fornecida na rea onde se pode produzir cavitao sem dispositivos de proteo.

P5. Por que a Bomba do sistema no est sujeita onda de sobrepresses do transiente hidrulico?

R/: O histrico temporal dos dados na bomba mostra que a vlvula de reteno se fecha antes que a onda de perturbao retorne ao ponto da bomba, isolando efetivamente o dispositivo do resto da conduo ou eventualmente protegendo-a de danos.

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Dispositivos de Proteo na Tubulao Workshop 2

Descrio do Problema Utilizando o modelo criado no Workshop anterior (Workshop 1), utilizaremos o software HAMMER para avaliar diferentes estratgias de proteo em nossa tubulao. Este objetivo poder ser alcanado atravs dos seguintes passos:

I. Selecionar, Implementar e Modelar diferentes dispositivos/equipamentos de proteo contra sobrepresses para controlar a onda de presso gerada durante o transiente e estimar o tempo necessrio para que a frico possa atenuar a energia produzida durante o transiente.

II. Apresentar graficamente os resultados para explicar a estratgia de controle de presses e dar recomendaes para um projeto detalhado.

Anlise Preliminar

De acordo com os resultados do workshop anterior, conclui-se que o sistema requer um equipamento de proteo que possa ajudar a reduzir as sobrepresses ocorridas durante o transiente. Equipamentos de proteo especficos, tais como: Tanque Hidropneumtico (Hydropneumatic Tank) - tambm conhecido como Caldeira, Vlvula de Ventosa, (Combination Air Valve CAV) tambm conhecida como vlvula de alvio de ar ou um Tanque Unidirecional (One-way Surge Tank) podem ser implantados nos pontos altos da tubulao para controlar os transientes hidrulicos.

Com base na anlise do modelo preliminar, evidente que as altas presses no sistema so causadas pelo colapso repentino da coluna de vapor formada na altura da juno N-1. Como modelador, pode-se analisar a implementao de um tanque hidropneumtico no ponto N-1 para fornecer fluxo ao sistema em caso de queda de energia, mantendo parcialmente a continuidade na coluna de gua em movimento e minimizando a formao de coluna de vapor no ponto de ruptura vertical. Esta teoria (e outras) pode ser testada atravs de uma nova simulao do sistema no HAMMER e comparando-se os resultados com a simulao do sistema sem proteo.

N-1 (Vrtice Elevado)

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Simulao com Dispositivos de Proteo

Abrindo um projeto existente no HAMMER V8 XM

1. Para garantir que cada indivduo comece o exerccio a partir do mesmo modelo base, abriremos o arquivo Workshop2.WTG localizado em seu diretrio de arquivos de inicializao.

2. Abra o Hammer da Bentley e, na caixa de dilogo de boas vindas, clique em Open Existing Project.

3. V para o diretrio de arquivos de inicializao, selecionando o arquivo Workshop2.WTG. Clique em Open.

Em seguida, sua rea de desenho deve ser semelhante figura abaixo:

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IMPORTANTE: Para a simulao de estratgias de proteo, voc pode converter a juno N-1 em diferentes dispositivos de proteo 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 mltiplos cenrios em um mesmo arquivo.

Parte I.A Adicionando um Tanque Hidropneumtico

Para adicionar um novo dispositivo, devemos configurar os respectivos cenrios e, preliminarmente, as alternativas aplicadas a cada cenrio.

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 hidropneumtico e tubulaes 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 estvamos utilizando anteriormente.

3. Clique com o boto direito do mouse sobre Base Active Topology e no menu pop-up selecione New/Child Alternative. Isto ir criar uma nova alternativa sob a alternativa base e a nomear como Active Topology Alternative -1

4. Renomeie esta alternativa como Sem Dispositivo de Proteo.

5. Nesta nova alternativa criada, clique com o boto direito e novamente selecione a opo New/Child Alternative. Renomeie esta nova alternativa como Com Tanque Hidropneumtico

A janela de alternativas deve aparecer conforme a imagem direita:

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Nota: Observe que a alternativa Base Active Topology apresenta uma marca de seleo na cor vermelha, indiciando que a alternativa utilizada atualmente pelo cenrio ativo.

Configurao de Cenrios e Alternativas A seguir, criaremos os cenrios que utilizaro as alternativas topolgicas criadas anteriormente. V para o gerenciador de cenrios atravs do Menu Analysis/Scenarios.

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6. Selecione o cenrio base e, clicando com o boto direito do mouse, selecione a opo Child Scenario. Renomeie este novo cenrio como Existente sem Dispositivo de Proteo.

7. Aps renomear o cenrio, clique duas vezes sobre ele e ativar a janela de propriedades.

8. Altere a alternativa de Topologia Ativa selecionando Sem Dispositivo de Proteo.

9. Volte para a janela de gerenciamento de cenrios, e selecione o cenrio Existente Sem Dispositivo de Proteo. Em seguida, clique com o boto direito e selecione novamente a opo Child Scenario.

10. Renomeie este novo cenrio como Sist. Com Tanque Hidropneumtico. A janela de cenrios deve aparecer da seguinte forma:

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

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De volta rea de desenho, agora estamos prontos para adicionar o Tanque Hidropneumtico.

12. Clique no cone para correspondente ao Tanque Hidropneumtico na barra de ferramentas e insira o tanque justo abaixo do n N-1. O nome (label) padro HT-1 est correto.

13. Com o cone de layout de tubulao , desenhe uma tubulao do n Pto-2 a HT-1 e, em seguida, de HT-1 a N-2. Estes dois novos pontos da tubulao sero nomeados de TC-8 e TC-9, respectivamente. Aps adicionar estes elementos, seu desenho deve estar semelhante imagem abaixo:

14. Os pontos recm-criados tero praticamente as mesmas propriedades fsicas das tubulaes TC-1 e TC-2, respectivamente. Portanto, atravs do relatrio tabular de tubulaes, insira os seguintes valores:

Label Start Node Stop Node

Has user defined length?:

Lenght (User Defined)

(m) Diameter

(in) Material Hazen-Williams

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

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15. Para caracterizar o Tanque Hidropneumtico HT-1, selecione o elemento e insira os seguintes dados atravs da janela de propriedades:

Categoria Parmetro Valor

Operating Range Elevation (Base) 408.20 m Operating Range Type Elevation HGL (Initial) 464.25 m Liquid Volume (Initial) 14158.50 L

Physical Elevation 408.20 m Volume (Tank) 20 m3 Minor Loss Coefficient (Inflow) 1.0 Tank Calculation Model: Gas Law Model

Transient (Physical)

Diameter (Tank Inlet Orifice) 12 in Ratio of Losses 2.5 Gas Law Exponent 1.2 Has Bladder? True Pressure (Gas-Preset) 0.00 mH2O

Nota: Verifique se as unidades de cada parmetro correspondem s unidades ativas de seu modelo.

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Agora, vamos passar entre os diferentes cenrios configurando quais so os elementos ativos correspondentes a cada cenrio, ou seja, definiremos quais elementos esto inativos em cada cenrio.

16. V para a janela de cenrios e selecione o cenrio Existente sem Dispositivo de Proteo. Em seguida, clique no boto Make Current .

17. Aps certificar-se de que este o cenrio ativo, acesse o menu Tools/Active Topology Selection ou simplesmente clique no boto

da barra de ferramentas, que ativar a seguinte ferramenta:

18. Aps certificar-se que o boto Add Button foi selecionado, selecione os tubos TC-8, TC-9 e o Tanque Hidropneumtico HT-1. Concluda a seleo, clique no boto para confirm-la.

19. Esses trs elementos permanecero sombreados em cinza, indicando que para o cenrio ativo estes elementos estaro inativos, e o software no considerar a sua existncia. O desenho esquemtico dever ser semelhante figura abaixo:

Da mesma forma, agora devemos configurar como inativos os elementos TC-1, TC-2 e N-1 no cenrio Sist. Com Tanque Hidropneumtico. 20. Na janela de cenrios, selecione o cenrio

Sist. Com Tanque Hidropneumtico e clique no boto Make Current .

21. Clique no boto Active Topology Selection e, na ferramenta de seleo, clique

inicialmente no boto para remover os elementos TC-8, TC-9 e HT-1 da seleo inativa, com o qual no permanecero destacados.

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22. Em seguida, clique no boto Add para adicionar seleo os elementos TC-1, TC-2 e N-1 relao de elementos inativos. Aps a seleo, clique no boto Done para confirmar.

23. No cenrio Sist. Com Tanque Hidropneumtico, estes trs elementos permanecero sombreada em cinza, indicado que para esse cenrio, estes elementos esto inativos. O desenho esquemtico deve ser semelhante figura abaixo:

Nota: Se para os cenrios de ativos, voc no deseja visualizar os elementos inativos, acesse o menu principal Tools/Options. Na aba Global, remova a marca do campo [Display Inactive Topology].

Definio de Perfis A seguir, ser necessrio definir uma rota linear (perfil) que inclua as novas tubulaes e que permita, posteriormente, analisar linearmente o transiente com o dispositivo de proteo.

24. Com o cenrio Sist. Com Tanque Hidropneumtico ativo, abra o gerenciador de perfis clicando no cone ou a partir do menu View/Profiles.

25. Clique no boto New e, em seguida, no boto .

26. Na janela de desenho, clique sobre cada uma das tubulaes da linha de transmisso incluindo as novas tubulaes TC-8 e TC-9 (note que os pontos selecionados so destacados). Por fim, clique no boto .

27. Agora, todos os elementos nodais e pontos da tubulao ficaro listados na janela Profile Setup conforme a imagem direita:

28. Clique em para visualizar o perfil criado e, em seguida, clique em OK na janela Profile Series Option.

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Nota: O valor do gradiente hidrulico em condies estticas poder aparecer com zeros, dado que as condies iniciais do sistema ainda no foram simuladas.

29. Feche o perfil e, em seguida, na janela de gerenciamento de Perfis, renomeie o perfil clicando com o boto direito do mouse e escolhendo a opo Rename: Renomeie o perfil como: Principal com HT-1.

30. Agora, temos que configurar esse perfil como uma rota utilizada para o relatrio de resultados (Report Path). Clique com o boto direito no perfil e verifique se este perfil apresenta a marca de seleo na linha Transient Report Path conforme mostra a figura.

31. Feche a janela de gerenciamento de Perfis.

Nota: Se olhar o cone do perfil mais de perto, ver que h um pequeno martelo, indicando que este perfil ser usado pelo Hammer para o relatrio e animao dos resultados.

32. Lembre-se de salvar o seu modelo, clicando no boto Save .

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Parte I.B. Simulao do Transiente com Tanque Hidropneumtico

Em seguida, executaremos os passos necessrios para a anlise do transiente hidrulico no sistema com tanque hidropneumtico na ocorrncia de uma queda repentina de energia na estao de bombeamento. Essa queda de energia j foi previamente definida no cenrio base.

Conforme discutido no workshop anterior, a anlise do transiente parte das condies de equilbrio do sistema, portanto, devemos determinar as condies do sistema e os valores da linha piezomtrica em estado estacionrio (Steady State).

1. No cenrio Sist. Com Tanque Hidropneumtico, clique no boto Compute Initial Conditions para concluir uma execuo do modelo em estado estacionrio.

2. Aps a concluso do clculo computacional, a janela Calculation Summary aparecer com o resumo dos resultados desta simulao. Se houver erros no modelo, na parte inferior do modelo, as abas Information e Status Messages mostraro mensagens de erro ou advertncias relacionadas ao modelo.

3. Para simular o transiente, clique no boto Compute na barra de ferramentas para executar a anlise do transiente. Em seguida, abra uma janela de progresso da simulao, que pode levar alguns segundos. Feche a janela Transient Calulation Summary aps uma breve reviso do relatrio de resumo da simulao.

4. Para gerar um relatrio impresso completo com os resultados do transiente, acesse o menu principal Report/Transient Analysis Report/Transient Analysis Detailed Report, que ir gerar um relatrio de texto com os resultados.

Reviso dos Resultados do Transiente A seguir, visualizaremos para o cenrio ativo os resultados do transiente apresentado no sistema com tanque hidropneumtico. Para isso, utilizaremos a ferramenta Transient Results Viewer que permite representar graficamente e por meio de animaes as variaes de presso e fluxo durante a referida simulao.

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5. Acesse o menu principal Analysis e selecione a opo Transient Results Viewer (TRV) ou clique no boto na barra de ferramentas.

6. Na janela de TRV, configure a rota do relatrio Profile como Principal com HT-1 e, em Graph Type, selecione Hydraulic Grade, em seguida, clique em .

7. Se todos os passos forem seguidos corretamente, voc ver a seguinte figura com a envoltria de presso mxima (vermelha) e mnima (Azul) do sistema com tanque hidropneumtico:

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8. Discuta com seu parceiro os resultados e complete a tabela no final deste workshop. Parte II.A Adicionando uma Vlvula Antecipadora (SAV)

Configurao do Cenrio e Alternativa Topolgica Para adicionar um novo dispositivo representado por uma vlvula antecipadora, devemos criar um novo cenrio e a alternativa de topologia ativa aplicada a esse cenrio.

1. Abra a janela de alternativas atravs do menu Analysis/Alternatives. Expanda a categoria Active Topology.

2. Selecionando a alternativa Sem Dispositivo de Proteo, clique com o boto direito do mouse e selecione a opo New/Child Alternative. Renomeie esta nova alternativa como Com Vlvula SAV


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Em seguida, criaremos o cenrio que utilizar a alternativa topolgica criada anteriormente. V para o gerenciador de cenrios atravs do Menu Analysis/Scenarios.

3. Selecione o cenrio Existente Sem Dispositivo de Proteo e ao clicar com o boto direito do mouse, selecione a opo New/Child Scenario.

4. Renomeie este cenrio como Sist. Com Vlvula SAV e clique duas vezes sobre ele para acessar a janela de propriedades.

5. Na janela de propriedades, altere a alternativa de Topologia Ativa selecionando no menu suspenso a alternativa recm-criada Com Vlvula SAV.

6. De volta janela de cenrios e aps ter selecionado o cenrio Sist. Com Vlvula SAV, clique no boto Make Current para deixar este cenrio ativo.

7. Feche a janela de cenrios e v para a rea de desenho para adicionar um elemento genrico que caracteriza diferentes tipos de Vlvulas de Alvio de Presso (Surge-Relief Valves).

8. Nas ferramentas de desenho, clique no cone Surge Valve e insira este elemento logo abaixo do tanque hidropneumtico. O nome padro SV-1 para o elemento est correto.

9. Utilizando o cone de layout de tubulao desenhe uma linha a partir do n Pto-2 a SV-1 e, em seguida, de SV-1 a N-2. Estes dois novos pontos de tubulao sero nomeados como TC-10 e TC-11, respectivamente. Sua janela de desenho deve aparecer da seguinte forma:

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10. Os pontos TC-10 e TC-11 tero as seguintes propriedades:

Label Start Node Stop Node

Has user defined length?:

Lenght (User Defined)

(m) Diameter

(in) Material Hazen-Williams

C

Wave Speed (m/s)

TC-10 Pto-2 SV-1 TRUE 20.25 24 Ductile Iron 130 1249.5 TC-11 SV-1 N-2 TRUE 380.00 24 Ductile Iron 130 1249.5

O relatrio tabular deve ser semelhante imagem abaixo:

11. Para caracterizar a vlvula de alvio de presso, clique no elemento e insira os seguintes dados atravs da janela de propriedades:

Categoria Parmetro Valor Physical Elevation 408.20 m

Transient (Operational) Threshold Pressure (SAV) 20 mH2O Time for SAV to Open 2.0 sg Time SAV Stays Fully Open 5.0 sg

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Time for SAV to Close 10.0 sg

Transient (Physical) SAV / SRV Type SAV Valve Type Globe Diameter SAV 12 in Discharge Coefficient (when SAV Fully Open) 0.030 m3/s / (mH2O)^0.5

Nota: Verifique cuidadosamente se as unidades de cada parmetro correspondem s unidades ativas de seu modelo.

O valor SAV no campo SAV / SRV indica que ser uma vlvula antecipadora de onda. A janela de propriedades do elemento SV-1 deve ficar da seguinte forma:

12. Agora, temos que indicar quais elementos no pertencem (ou esto inativos) ao cenrio, Sist. Com Vlvula SAV. Certifique-se novamente que este cenrio est ativo, caso contrrio, selecione o cenrio e clique no boto Make Current .

13. Clique no boto Active Topology Selection na barra de ferramentas e a barra de ferramentas de seleo aparecer:

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14. Com o boto Add Buton ativo, selecione as tubulaes TC-1 e TC-2. Aps a seleo, clique em Done para confirmar a seleo. Com essa seleo, as tubulaes TC-1, TC-2, TC-8 e TC-9 devero permanecer inativas. De acordo com as opes gerais de visualizao, os elementos inativos permanecero sombreados em cinza e o diagrama do desenho deve aparecer da seguinte forma:

Nota: Caso sua figura no se parea com o diagrama acima, utilize as ferramentas de seleo para ativar/desativar elementos.

15. Na janela de cenrios, ative novamente o cenrio Sist. Com Tanque Hidropneumtico e verifique quais so os elementos inativos para este cenrio. Observe que, muito provavelmente, os elementos TC-10, TC-11 e SV-1 j estejam inativos, pois trata-se de uma alternativa filha da alternativa topolgica Sem Dispositivo de Proteo, que no possui qualquer dependncia em relao alternativa topolgica Com Vlvula SAV.

A capacidade dos cenrios e alternativas de herdar as propriedades de seus cenrios mestres (estrutura de herana), pode ser muito poderosa se utilizada corretamente, alm de permitir uma grande economia de tempo na insero de dados.

Alternativamente, selecione os trs cenrios criados e verifique se os elementos que aparecem como inativos so consistentes com cada cenrio. Caso no sejam, pea ao seu instrutor que revise seu modelo detalhadamente.

Definio de Perfis A seguir, ser necessrio definir o perfil que inclui as novas tubulaes e a vlvula SAV para, posteriormente, analisar no perfil o fenmeno do transiente no sistema com esta vlvula de alvio de presso.

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16. Com o cenrio Sist. Com Vlvula SAV ativo, abra o gerenciador de perfis clicando no cone ou a partir do menu View/Profiles.

17. Clique no boto New e, em seguida, no boto .

18. Na janela de desenho, clique sobre cada uma das tubulaes da linha de transmisso incluindo as novas tubulaes TC-10 e TC-11. Ao final, clique no boto .

19. Agora, todos os ns e tubulaes ficaro 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 relatrio de resultados (Report Path). Clique com o boto direito no perfil e verifique se este perfil apresenta a marca de seleo na linha Transient Report Path, conforme mostrado na figura.

23. Feche a janela de gerenciamento de Perfis.

24. Antes de executar a simulao do transiente, salve seu modelo clicando no boto Save .

Parte II.B. Simulao do Transiente com Vlvula SAV

Aps a configurao do cenrio com vlvula SAV como dispositivo de proteo, realizaremos as etapas para executar e analisar o transiente hidrulico do sistema com este dispositivo e durante a ocorrncia de queda de energia definida anteriormente.

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1. Como de costume, o primeiro passo ser a execuo em estado estacionrio do cenrio Sist. Com Vlvula SAV, clicando no boto Compute Initial Conditions .

2. Aps a concluso do clculo computacional, a janela Calculation Summary aparecer com o resumo dos resultados desta simulao. Se houver erros no modelo, na parte inferior do modelo, as abas Information e Status Messages mostraro mensagens de erro ou advertncias relacionadas ao seu modelo.

3. Em seguida, clique no boto Compute para executar a anlise do transiente. Aps concluir o progresso da simulao, ir aparecer a janela Transient Calulation Summary. Na aba [Extreme Pressure and Heads] possvel avaliar a envoltria de presses mximas e mnimas para este cenrio. Veja abaixo a tabela de resumo:

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

Reviso dos Resultados do Transiente 5. Para visualizar os resultados do transiente apresentados no sistema com a vlvula SAV,

clique em Transient Results Viewer (TRV) na barra de ferramentas. 6. Na janela de TRV, defina o caminho do relatrio Profile como Principal com SV-1 e, em

Graph Type, selecione Hydraulic Grade, em seguida, clique em .

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7. Se todos os passos forem seguidos corretamente, voc ver a seguinte figura com a envoltria de presso mxima (vermelha) e mnima (Azul) do sistema com vlvula tipo SAV:

8. Ao final, complete os resultados da tabela e salve o modelo, clicando no Boto Save .

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Parte III.A Adicionando uma Vlvula SAV + SRV

Configurao do Cenrio e Alternativa Topolgica Para adicionar um novo dispositivo representado por uma vlvula composta antecipadora de onda (SAV) + alvio de presso (SRV), necessrio criar um novo cenrio. A vlvula SAV implantada no cenrio anterior e a proposta de vlvula SAV+SRV neste cenrio sero representadas por um mesmo elemento, mas com propriedades distintas. Portanto, no ser necessrio criar uma alternativa de topologia ativa, porm, isso ir exigir uma nova alternativa na categoria de propriedades do transiente.

1. Abra a janela de alternativas atravs do menu Analysis/Alternatives. Expanda a categoria Transient no sinal (+).

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

3. Clique com o boto direito em SV-1 Tipo SAV e novamente selecione New/Child Alternative. Renomeie esta alternativa como SV-1 de Tipo SAV+SRV.


Em seguida, ser necessrio atribuir estas novas alternativas aos cenrios do modelo. Para isso, abra a janela de gerenciamento de cenrios:

4. Clique duas vezes sobre o cenrio atual Sist. Com Vlvula SAV, que ir exibir a janela de propriedades.

5. Na janela de propriedades, altere a alternativa do Transiente para a opo SV-1 de Tipo SAV. Como esta alternativa herdou todas as propriedades da alternativa Base Transient, no teremos que fazer nada mais com este cenrio.

Voc poderia ter deixado este cenrio com a alternativa Base Transient; contudo, referenciando o cenrio com a alternativa SV-1 de Tipo SAV teremos um diagrama mais organizado e fcil de usar, uma vez que se refere a um nome bastante descritivo.

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6. Retorne janela de gerenciamento de cenrios e, selecionando o cenrio Sist. Com Vlvula SAV, clique com o boto direito e selecione New/Child Scenario. Renomeie este cenrio como Sist. Com Vlvula SAV+SRV

7. Defina este ltimo cenrio como cenrio ativo clicando no boto Make Current .

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

Observe que este cenrio herdou a alternativa de topologia ativa Com vlvula SAV. Isso bvio, dado que ele herdou as alternativas do cenrio mestre.

9. Para caracterizar a vlvula de alvio de presso neste cenrio, clique no elemento SV-1 para exibir a janela de propriedades e inserir os seguintes dados:

Categoria Parmetro Valor Physical Elevation 408.20 m

Transient (Operational)

Threshold Pressure (SAV) 20 mH2O Time for SAV to Open 2.0 sg Time SAV Stays Fully Open 5.0 sg Time for SAV to Close 10.0 sg Threshold Pressure (SRV) 60.0 mH2O

Transient (Physical)

SAV / SRV Type SAV+SRV Valve Type Globe Diameter (SAV) 12 in Discharge Coefficient (when SAV Fully Open) 0.030 m3/s / (mH2O)^0.5 Diameter (SRV) 12 in Spring Constant 30.0 N/mm

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Conforme mencionado no enunciado, o valor descritivo SAV+SRV no campo SAV/SRV indica que ser uma vlvula antecipadora de onda + alvio de presso. A janela de propriedades do elemento SV-1 no cenrio Sist. Com Vlvula SAV+SRV deve aparecer da seguinte forma:

10. Salve seu modelo atravs do cone Save .

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Parte III.B. Simulao do Transiente com Vlvula SAV+SRV

Concluda a configurao do cenrio com vlvula SAV+SRV, executaremos novamente o transiente hidrulico do sistema com este dispositivo.

1. O primeiro passo ser a execuo em estado estacionrio do cenrio Sist. Com Vlvula SAV+SRV, clicando no boto Compute Initial Conditions .

2. Em seguida, clique no boto Compute para executar a anlise do transiente. Aps concluir o progresso da simulao, ir aparecer a janela Transient Calulation Summary. Na aba [Extreme Pressure and Heads] voc poder avaliar a envoltria de presses mximas e mnimas para este cenrio, ou gerar o relatrio detalhado atravs do menu principal Report/Transient Analysis Report/Transient Analysis Detailed Report.

Reviso dos Resultados do Transiente

3. Para visualizar os resultados do transiente neste cenrio especfico (SAV+SRV), clique em Transient Results Viewer (TRV) na barra de ferramentas.

4. Na janela de TRV, defina o caminho do relatrio Profile como Principal com SV-1 e, em Graph Type, selecione Hydraulic Grade, em seguida, clique em .

5. Para este cenrio, a envoltria de presses mximas e mnimas do sistema durante o transiente dever aparecer da seguinte forma:

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6. Ao final, complete os resultados da tabela e salve o modelo, clicando no Boto Save .

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