Trabalho de Hidraulica

Trabalho de Hidraulica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPIRITO SANTO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

DISCIPLINA DE HIDRÁULICA

RESSALTO HIDRÁULICO

GRUPO:

Maria da Penha Ferreira Silva

Flávio Silvério

Professor: Daniel Rigo

VITÓRIA30 de Junho de 2011

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO...................................................................................................03

OBJETIVO.........................................................................................................05

DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO....................................................................05

RESULTADOS E ANÁLISE DE DADOS...........................................................06

CONCLUSÃO....................................................................................................08

REFERÊNCIAS.................................................................................................08

  1. INTRODUÇÃO

Ressalto Hidráulico é ou salto hidráulico é o fenômeno que ocorre na transição de um escoamento torrencial ou supercrítico para um escoamento fluvial ou subcrítico. O escoamento é caracterizado por uma elevação brusca no nível d’água, sobre uma distância curta, acompanhada de uma instabilidade na superfície com ondulações e entrada de ar do ambiente e por uma conseqüente perda de energia em forma de grande turbulência. O ressalto ocupa uma posição fixa em um leito uniforme, desde que o regime seja permanente, e pode ser considerado com uma onda estacionária. Este fenômeno local ocorre freqüentemente nas proximidades de uma comporta de regularização ou ao pé de um vertedor de barragem. O ressalto é, principalmente, utilizado como dissipador de energia cinética de uma lâmina líquida que desce pelo paraleito do canal de restituição.

As variáveis hidráulicas básicas que definem o ressalto hidráulico são o seu comprimento do ressalto (L) e as suas alturas conjugadas:

  • h1 = altura conjugada na região torrencial;

  • h2 = altura conjugada na região fluvial;

  • hj = h2 - h1 = altura do ressalto.

Para canais retangulares é possível calcular analiticamente uma relação explícita entre h2/h1 e Fr1 (ou h1/h2 e Fr2). Para tanto, utiliza-se o teorema da quantidade de movimento linear (segunda lei de Newton escrita para volume de controle) e o princípio de conservação de massa.

O ressalto hidráulico pode ser classificado em função do número de Froude (razão entre forças inerciais e de campo gravitacional) na seção de escoamento torrencial, denominado aqui como Fr1. Seguindo o exposto em Chow (1973, 2009), tem-se a seguinte classificação:

  • Se 1 < Fr1 < 1,7: ressalto hidráulico ondulado. Neste caso não se tem o ressalto propriamente dito, mas sim a formação de ondas que se propagam para jusante. A dissipação de energia é muito pequena, de modo que o ressalto não é empregado como dissipador;

  • Se 1,7 < Fr1 < 2,5: ressalto hidráulico fraco. Pouca energia é dissipada. Uma série de pequenos vórtices é formada sob a superfície livre na região do ressalto e a região a jusante do ressalto permanece aproximadamente uniforme e lisa;

  • Se 2,5 < Fr1 < 4,5: ressalto oscilante. Para este intervalo, o ressalto apresenta uma superfície livre com ondulações e ocorre a formação de ondas que podem se propagar para jusante sobre longas distâncias. Este fenômeno pode causar erosões em alguns tipos de canais;

  • Se 4,5 < Fr1 < 9: ressalto estável. Este tipo de ressalto é empregado como dissipador de energia em bacias de dissipação. Aproximadamente 45% a 75% da energia total a montante do ressalto é dissipada ao longo de sua extensão;

  • Se Fr1 > 9: ressalto forte. Este tipo de ressalto não é empregado como dissipador de energia porque há o risco de ocorrência de erosões significativas em função da elevada turbulência.

Esta classificação mostra que as características deste fenômeno, que ocorre na transição do escoamento supercrítico para o subcrítico, podem variar em função do número de Froude na seção supercrítica.

Principais características do ressalto hidráulico:

  • Transição do regime torrencial para o fluvial;

  • Turbulência de larga escala;

  • Ondas na superfície;

  • Pulverização de água;

  • Dissipação de energia;

  • Escoamento altamente turbulento;

  • Ocorrência de dissipação de energia devido à alta turbulência do escoamento;

  • Pulsação do seu corpo;

  • Propagação de ondas superficiais a jusante;

  • Entrada de ar;

  • Grande potencial erosivo, em função de grande flutuação de pressão e de velocidade junto aos contornos do canal.

  1. - OBJETIVO

Analisar os aspectos, práticos e teóricos, do escoamento em um canal no qual ocorre um ressalto hidráulico.

  1. – DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO

O experimento foi realizado no canal de ensaios do Laboratório de Hidráulica, onde uma comporta estava instalada. Após estabelecimento de um escoamento completamente desenvolvido, foram medidas no experimento as alturas antes (y1) e depois do ressalto (y2), bem como o seu comprimento (L) e a vazão (Q) que estava escoando no canal. O processo foi repetido para mais duas vazões diferentes da primeira. Segue uma tabela com os dados coletados para as três vazões:

Medida

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

ΔH (cm)

0,6000

1,0000

1,4000

Q (m³/s)

0,0096

0,0124

0,0146

y (m)

0,1950

0,2670

0,3510

y1 (m)

0,0340

0,0330

0,0320

y2 (m)

0,1200

0,1270

0,1350

L (m)

1,0000

2,2000

3,7000

A partir dessas medidas, foram calculados:

  • Os números de Froude ao longo do escoamento (antes da comporta; antes e depois do ressalto);

  • As relações empíricas y1/y2 e y2/y1;

  • O comprimento teórico do ressalto;

  • A profundidade crítica.

  1. – RESULTADOS E ANÁLISE DE DADOS

A superfície livre é um canal retangular.

Com base na descrição acima, seguem nas tabelas abaixo os resultados obtidos e as respectivas fórmulas usadas para efetuar os cálculos.

Sabemos que a largura do canal é de B = 0,20 m. A área é dada por A=By e a velocidade média do escoamento é V=Q/A:

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

A (m²)

0,0390

0,0534

0,0702

A1 (m²)

0,0068

0,0066

0,0064

A2 (m²)

0,0240

0,0254

0,0270

V (m/s)

0,2461

0,2322

0,2080

V1 (m/s)

1,4118

1,8788

2,2813

V2 (m/s)

0,4000

0,4882

0,5407

As perdas de carga nas diferentes vazões é dada pela fórmula abaixo:

∆E=(y2-y1)3

4y2y1

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

∆E

0,0390

0,0495

0,0632

Com as respectivas velocidades médias calculadas tem-se o número de Froude (), para antes da comporta, e antes e depois do ressalto:

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

Fr

0,1780

0,1435

0,1121

Fr1

2,4458

3,3038

4,0738

Fr2

0,3689

0,4376

0,4701

Na Vazão 1, temos:

  • 1,7 < Fr1 < 2,5 : ressalto hidráulico fraco. Pouca energia é dissipada. Uma série de pequenos vórtices é formada sob a superfície livre na região do ressalto e a região a jusante do ressalto permanece aproximadamente uniforme e lisa;

Nas vazões 2 e 3 , temos:

  • 2,5 < Fr1 < 4,5: ressalto oscilante. Para este intervalo, o ressalto apresenta uma superfície livre com ondulações e ocorre a formação de ondas que podem se propagar para jusante sobre longas distâncias. Este fenômeno pode causar erosões em alguns tipos de canais;

As relações empíricas são dadas por   e

 :

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

y1/y2

0,2226

0,2956

0,3319

y2/y1

2,9948

4,1990

5,2829

Comprimento teórico do ressalto, de acordo com Bureau of Reclamation (U.S.B.R), é dado por Lj=6,9x(y2-y1):

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

Lj

0,5934

0,6486

0,7107

E a profundidade crítica é :

 

Vazão#1

Vazão#2

Vazão#3

yc

0,0617

0,07320

0,08162

  1. - CONCLUSÃO

O ressalto apresentado foi de fraco para o inicio do experimento e nas duas vazões seguintes este ressalto passou a ser oscilante. O comprimento teórico do ressalto ficou abaixo do valor dos comprimentos medidos. O escoamento a montante é mais lento e mais profundo, e a jusante, mais veloz e mais raso.

  1. - REFERÊNCIAS

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