Este trabalho representa a continuidade de estudos envolvendo a problemática dos escoamentos com superfície livre, contemplando a análise do fenômeno transiente em canais, a partir do modelo matemático unidimensional de Saint-Venant. Para tanto, é desenvolvido um modelo computacional em linguagem FORTRAN, capaz de avaliar o comportamento do escoamento não permanente. As equações hidrodinâmicas completas são discretizadas por um esquema completamente implícito de diferenças finitas e aplicadas no modelo computacional para a avaliação de dois casos. O modelo é previamente testado para um caso simples, cujos resultados são analisados viabilizando o modelo. No primeiro caso, o modelo é aplicado ao canal de alimentação da Usina Hidrelétrica Monjolinho em São Carlos-SP, para avaliar a necessidade de vertedouro quando se dá o fechamento brusco da turbina, e a ocorrência da entrada de ar na mesma quando da sua abertura repentina. No segundo caso, procurou-se avaliar o desenvolvimento do escoamento no Canal do Trabalhador, responsável pelo abastecimento da cidade de Fortaleza-CE. Com manobras de enchimento e esvaziamento do sistema, é possível determinar o tempo de antecedência de liga-desliga do sistema de recalque a partir das alturas dágua e velocidades de ocorrência, permitindo também a automação para as operações de controle. Em ambos os casos o modelo reproduziu resultados que ilustram com coerência os conceitos pré-estabelecidos, constituindo numa ferramenta útil para análise do fenômeno transiente nos escoamentos em condutos livres. / This work presents a computational model developed in FORTRAN language for the study of unsteady open-channel flows with the use of Saint-Venant one-dimensional equation. The discretization of hydrodynamic equations are presented in a completely implicit method of finite differences and applied in the model for the investigation of two cases, besides the one used previously to test the model. In the first case, the model is applied for a channel that supplies the Monjolinho hydroelectric plant in Sao Carlos SP, aiming to evaluate the need of a spillway when the turbine is closed and the flow abruptly stopped, as well as the occurrence of air entering the turbine when it is opened instantaneously. In the second case, the model simulates the development of the flow in the Trabalhador channel, responsible for the water supply in the city of Fortaleza - CE, in order to make possible the automation of operational control, based on data of flow velocity and water level. In both cases the model is presented as a useful tool for the analysis of unsteady open-channel flows, showing results and coherency with theory.

Este trabalho representa a continuidade de estudos envolvendo a problemática dos escoamentos com superfície livre, contemplando a análise do fenômeno transiente em canais, a partir do modelo matemático unidimensional de Saint-Venant. Para tanto, é desenvolvido um modelo computacional em linguagem FORTRAN, capaz de avaliar o comportamento do escoamento não permanente. As equações hidrodinâmicas completas são discretizadas por um esquema completamente implícito de diferenças finitas e aplicadas no modelo computacional para a avaliação de dois casos. O modelo é previamente testado para um caso simples, cujos resultados são analisados viabilizando o modelo. No primeiro caso, o modelo é aplicado ao canal de alimentação da Usina Hidrelétrica Monjolinho em São Carlos-SP, para avaliar a necessidade de vertedouro quando se dá o fechamento brusco da turbina, e a ocorrência da entrada de ar na mesma quando da sua abertura repentina. No segundo caso, procurou-se avaliar o desenvolvimento do escoamento no Canal do Trabalhador, responsável pelo abastecimento da cidade de Fortaleza-CE. Com manobras de enchimento e esvaziamento do sistema, é possível determinar o tempo de antecedência de liga-desliga do sistema de recalque a partir das alturas dágua e velocidades de ocorrência, permitindo também a automação para as operações de controle. Em ambos os casos o modelo reproduziu resultados que ilustram com coerência os conceitos pré-estabelecidos, constituindo numa ferramenta útil para análise do fenômeno transiente nos escoamentos em condutos livres. / This work presents a computational model developed in FORTRAN language for the study of unsteady open-channel flows with the use of Saint-Venant one-dimensional equation. The discretization of hydrodynamic equations are presented in a completely implicit method of finite differences and applied in the model for the investigation of two cases, besides the one used previously to test the model. In the first case, the model is applied for a channel that supplies the Monjolinho hydroelectric plant in Sao Carlos SP, aiming to evaluate the need of a spillway when the turbine is closed and the flow abruptly stopped, as well as the occurrence of air entering the turbine when it is opened instantaneously. In the second case, the model simulates the development of the flow in the Trabalhador channel, responsible for the water supply in the city of Fortaleza - CE, in order to make possible the automation of operational control, based on data of flow velocity and water level. In both cases the model is presented as a useful tool for the analysis of unsteady open-channel flows, showing results and coherency with theory.

[pt] As válvulas de alívio de pressão (PRVs, do inglês, pressure relief valves) são dispositivos fundamentais para a segurança de operações em dutos de transporte de fluidos, sendo encarregadas de garantir a integridade das instalações no caso de algum bloqueio súbito do escoamento. Dependendo da natureza e duração do evento de bloqueio, das características da válvula de alívio e do comprimento do duto, o comportamento dinâmico da PRV, i.e., seu tempo de resposta e o coeficiente de descarga em função da abertura, podem variar consideravelmente. Estas informações mais detalhadas sobre o comportamento transiente da válvula não são especificadas em normas e raramente são disponibilizadas pelos fabricantes. Uma caracterização detalhada do comportamento dinâmico da válvula de alívio é informação importante para a simulação computacional de transientes hidráulicos em dutos de líquido. Em particular, o comportamento dinâmico do coeficiente de descarga da válvula não é conhecido, sendo por vezes simplificadamente representado por dados obtidos em condições de regime permanente. No presente trabalho foi realizado um estudo detalhado do comportamento dinâmico de um modelo de válvula de alívio, com o objetivo de obter informações comparativas sobre o comportamento do coeficiente de descarga da válvula quando investigada sob condições de regime permanente e transiente rápido. Para isso, construiu-se um modelo de PRV transparente, permitindo a medição de campos instantâneos de escoamento em seu interior com a técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas em duas dimensões (PIV). Transdutores de pressão e deslocamento foram devidamente instalados de maneira a fornecer informações instantâneas sobre a queda de pressão e posição de abertura da válvula, com alta resolução temporal. O modelo da válvula transparente foi montado em um circuito fechado, no qual água era bombeada através de uma tubulação longa, passando pela PRV e por uma válvula de bloqueio com tempo de fechamento controlado eletronicamente, podendo produzir bloqueios súbitos no escoamento, com tempos na faixa de 4 ms a 3,5 s. Sistemas de controle foram especialmente desenvolvidos para sincronizar os eventos de bloqueio da válvula, disparo do laser do sistema PIV, aquisição de imagens e dados de pressão e deslocamento. Estes dados permitiram a determinação do valor instantâneo e de média de fase para o coeficiente de descarga da válvula de alívio de pressão no caso transiente. / [en] Pressure relief valves (PRVs) are important devices which guarantee the safe operation of liquid pipelines, being responsible for preserving the integrity of the duct in case a sudden flow blockage event occurs. The PRV s dynamic behavior, that is, its response time and discharge coefficient as a function of open fraction, can vary considerably depending on the nature and duration of the blockage event, on the valve s characteristics and on the duct length. This more detailed information on the valve s transient behavior is not specified in standards and is rarely made available by valve manufacturers. A detailed characterization of the valve s dynamic behavior is relevant information for the computational simulation of hydraulic transients in liquid pipelines. In particular, the dynamic behavior of the valve discharge coefficient is not known, being normally replaced by data obtained from tests under steady state conditions. In the present work, a detailed study was conducted using a valve model with the objective of obtaining comparative information on the valve discharge coefficient for steady and transient conditions. To this end, a transparent PRV model was constructed in order to allow for the use of the two-dimensional Particle Image Velocimetry technique (PIV) for measuring the instantaneous flow field inside the valve. Pressure and displacement transducers were employed to yield instantaneous information on the pressure drop and valve opening. The valve model was installed in a closed circuit where water was pumped through a long pipe, passing through the PRV and through the blockage valve that was capable of producing flow blockage events in the range of 4 ms to 3.5 s. Control systems were specially constructed to synchronize the events of valve blockage, PIV laser firing, and acquisition of pressure, and displacement data. These data allowed the determination of the instantaneous and phase-averaged values for the valve discharge coefficient.