O Relatório Hidráulica

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

HIDRÁULICA DOS CONDUTOS LIVRES

ENERGIA ESPECÍFICA E RESSALTO HIDRÁULICO – RELATÓRIO 2

Andressa Cristina Portilho Leite (758596)

Arthur Ferreira Otto De Souza (760508)

Júlia de Freitas Bidim Pereira dos Santos (758623)

Juliana da Silva Oliveira (758621)

Profa. Cali Laguna Achon

Prof. Daniel Jadyr Leite Costa

Prof. Jorge Akutsu

SÃO CARLOS – SP

DEZEMBRO/2020

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO        1

2. ENERGIA ESPECÍFICA        2

2.1 PROCEDIMENTO        2

2.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS        2

2.3 CONCLUSÃO        2

3. RESSALTO HIDRÁULICO        3

3.1 PROCEDIMENTO        3

3.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS        3

3.3 CONCLUSÃO        3

4. CONCLUSÃO        4

5. REFERÊNCIAS        5

1. INTRODUÇÃO

O presente relatório tem como objetivo observar um escoamento em canal retangular, com auxílio de uma comporta de fundo e aliar aos conhecimentos de energia específica e ressalto hidráulico adquiridos na disciplina de Hidráulica dos Condutos Livres.

Na primeira parte do relatório serão analisados os dados e sintetizados os fundamentos teóricos necessários para obtenção da curva de energia específica (profundidade (y) x energia específica (E)) e da curva adimensional de energia específica (profundidade/profundidade crítica (y’=y/yc) x energia específica/profundidade crítica (E’=E/yc)).

Já na segunda parte haverá uma nova observação do escoamento com a presença de um ressalto hidráulico, sendo necessário considerar 6 medidas experimentais para obter valores teóricos e atentar-se aos tipos e as eficiências dos ressaltos em cada medida.

2. ENERGIA ESPECÍFICA

        Segundo a teoria de Bakmeteff (1912), energia específica é a energia por unidade de peso do líquido em determinação seção de um canal, considerando como ponto de referência o próprio fundo do canal, como pode-se observar na figura 2.1 abaixo.

Figura 2.1 – Seção genérica de um canal prismático.

[pic 1]

Fonte: AKUTSU, J. (2012)

Dessa forma, pode-se afirmar que a energia específica é a soma da altura d’água (y) com a carga cinética (V²/2g) e a energia específica total (H) é a energia específica (E) somado com a distância do plano horizontal de referência (Z), como pode-se observar na equação 2.1 abaixo.

                              (Equação 2.1)[pic 2]

Para fazer uso da teoria descrita é necessária a adoção de algumas hipóteses simplificadores para o canal em questão, tais quais:

1. A declividade do canal deve ser pequena, de modo que a altura d’água medida perpendicularmente ao fundo do canal possa ser confundida com a altura d’água na vertical;
2. O canal deve ser prismático, ou seja, sua seção possui forma e dimensões constantes;
3. A distribuição de velocidades em uma seção é fixa, ou seja, o coeficiente de Coriolis pode ser considerado igual a um;
4. A distribuição de pressões em uma seção é hidrostática, ou seja, existe paralelismo entre as linhas de corrente do escoamento.

Logo, seguindo o proposto por Porto (2006), para facilitar a compreensão e execução do estudo, foi considerado um canal de seção retangular de largura b constante, uma vez que, isso permite o uso da aproximação bidimensional e utilização da chamada vazão unitária ou vazão específica, a qual relaciona a largura do canal (b) com a vazão (Q) e a velocidade (V), como observado na equação 2.2 abaixo.

                                      (Equação 2.2)[pic 3]

        E com isso, pode-se considerar a energia específica como mostrado na equação 2.3 abaixo.

                              (Equação 2.3)[pic 4]

        Dividindo ambos os membros da equação 2.3 por yc (profundidade crítica), tem-se:

                         (Equação 2.4)[pic 5]

Para canais retangulares, pode-se considerar que , tomando E’ = E/yc e y’ = y/yc, obtém-se a equação da forma adimensional da energia específica, observada na equação 2.5 abaixo.[pic 6]

                              (Equação 2.5)[pic 7]

2.1 PROCEDIMENTO

        A primeira parte do experimento tem por objetivo analisar um escoamento em canal retangular com a presença de uma comporta de fundo, como demonstrado da figura 2.2 abaixo, e determinar a curva de Energia Específica “profundidade x energia específica” (y versus E) e a curva Adimensional de Energia Específica “profundidade/profundidade crítica x energia específica/profundidade crítica” (y’=y/yc versus E’=E/yc).

Figura 2.2 – Perfil longitudinal e planta do canal retangular.

[pic 8]

Fonte: Figura 11.1 (PORTO, 2006).

É válido ressaltar que devida a pandemia de covid-19, o experimento não foi realizado pelos presentes alunos, no entanto, o procedimento será descrito tal qual foi realizado por terceiros.

Primeiramente, com o auxílio de uma régua é medida as alturas das lâminas d’água do canal, y1 a montante (seção 1-1) e y2 a jusante (seção 2-2) da comporta. Então, não sendo necessário o conhecimento da vazão, varia-se gradualmente a abertura da comporta e mede-se as profundidades alternadas (fluvial e torrencial) a montante e a jusante da comporta de fundo.

Um ponto importante é que, devido as condições da instalação local a abertura inicial de fundo da comporta deve-se da ordem de 25 mm, visando evitar transbordamento do canal a montante. E a partir desta abertura inicial foi variada gradualmente a abertura da comporta, abrindo no máximo 5 mm e realizando 6 medições, dando um intervalo de cerca de 10 minutos entre uma medição e outra das alturas d´água y1 e y2.

2.2 ANÁLISE DOS RESULTADOS

A partir do procedimento descrito acima foi necessária a execução de uma verificação experimental para a análise dos resultados.