(concurso UFRPE, 2019) Em válvulas de descargas mais antigas era comum escutar um barulho excessivo e observavam-se depressões e sobrepressões na tubulação. Isso ocorria devido à interrupção brusca do escoamento e é um fenômeno conhecido como:
A) golpe de carga.
B) Speed Bernoulli.
C) carga viscosa.
D) patada de carneiro.

Passo 1

O enunciado descreve um fenômeno observado em tubulações quando válvulas antigas são fechadas de forma brusca: ouve-se barulho excessivo e aparecem depressões e sobrepressões na tubulação. A pergunta é: qual é o nome desse fenômeno entre as alternativas dadas?
Informações relevantes do enunciado:
  • Há interrupção brusca do escoamento (fechamento rápido de válvula).
  • Observam-se variações rápidas de pressão (depressões e sobrepressões) e ruído.
  • Isso ocorre em tubulação hidráulica com líquido em escoamento.

Passo 2

Vou explicar qual é o fenômeno e por que ele acontece, passo a passo, do jeito que eu explicaria na prova. O nome técnico mais usado para esse efeito é “golpe de aríete” ou “water hammer” em inglês. Uma das formas de chamar esse fenômeno em português técnico é “golpe de carga” (alternativa A). O que acontece fisicamente é o seguinte: quando o fluxo de líquido é interrompido bruscamente, a massa de líquido que estava em movimento tem momento e “bate” contra a obstrução, gerando uma onda de pressão que se propaga ao longo do tubo. Essa onda causa picos de pressão (sobrepressão) e também regiões de baixa pressão (depressões), produzindo barulho e oscilações.

Passo 3

Agora uma explicação física com a fórmula clássica (útil para a prova): a variação instantânea de pressão causada por uma parada rápida pode ser estimada pela fórmula de Joukowsky:
\Delta p = \rho\, a\, \Delta v
Expliquei cada termo:
  • \Delta p é a variação de pressão causada pelo golpe (em pascals, Pa).
  • \rho é a densidade do fluido (em \mathrm{kg\,m^{-3}}).
  • a é a velocidade de propagação da onda de pressão no fluido (em \mathrm{m\,s^{-1}}).
  • \Delta v é a variação da velocidade do escoamento (em \mathrm{m\,s^{-1}}); para fechamento súbito de válvula \Delta v é aproximadamente igual à velocidade inicial v do fluido (passando a zero).
Essa fórmula diz, em palavras simples: quanto mais denso o fluido e quanto mais rápida for a onda no meio, maior será o aumento de pressão para uma mesma parada de velocidade.

Passo 4

Preciso dizer o que é a velocidade da onda a. Para líquidos em tubos, a depende da compressibilidade do fluido e das propriedades elásticas da tubulação; em forma simplificada:
a \approx \sqrt{\frac{K}{\rho}}
onde:
  • K é o módulo volumétrico de elasticidade do fluido (bulk modulus), que mede quão compressível é o fluido (em Pa).
    Se a tubulação também é flexível, a expressão para a inclui a rigidez da parede do tubo, mas a ideia básica é: mais compressível → menor a; fluido mais rígido → maior a. Na prática para água em tubos metálicos, a é da ordem de 1000–1500 \mathrm{m\,s^{-1}}.

Passo 5

Interpretação prática (como identificar isso na prova ou no laboratório): sinais típicos do golpe de aríete / golpe de carga: grande ruído (golpe), oscilações de pressão que podem danificar tubulação e válvulas, e em casos gravíssimos ocorrer ruptura. A fórmula de Joukowsky permite estimar a amplitude do pulso de pressão e projetar dispositivos de proteção (reservatórios, vasos de expansão, válvulas de alívio, amortecedores).

Passo 6

Agora comparo rapidamente com as alternativas para justificar por que a correta é a A:
  • A) “golpe de carga” — é uma forma técnica usada para designar o fenômeno também conhecido como “golpe de aríete” ou “golpe hidráulico”. É o termo correto entre as opções.
  • B) “Speed Bernoulli” — não é um termo correto nessa área; mistura incorretamente “speed” e Bernoulli, sem relação ao fenômeno descrito.
  • C) “carga viscosa” — refere-se a efeitos viscosos, não a pulsos de pressão causados por fechamento súbito; não corresponde ao que foi descrito.
  • D) “patada de carneiro” — é uma expressão coloquial estranha; o termo técnico correto relacionado a “carneiro” é “aríete” (ram), mas a forma comum e técnica é “golpe de aríete” ou “golpe de carga”. Entre as alternativas, a mais apropriada e usada em provas e literatura é “golpe de carga” (A).

Passo 7

Resumo final para a prova: quando o enunciado fala de interrupção brusca do escoamento com ruído e variação de pressão, reconheça que é o fenômeno clássico conhecido tecnicamente como golpe de aríete ou golpe de carga. Se precisar justificar numericamente, use \Delta p=\rho a\Delta v e explique cada termo.

Resposta

A) golpe de carga.

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