O Ressalto Hidráulico

1. INTRODUÇÃO

O ressalto hidráulico é um dos fenômenos importantes no campo da hidráulica. Ele foi primeiramente estudado por Leonardo da Vinci e o primeiro estudo experimental foi realizado por Bidone em 1818. Um ressalto hidráulico ocorre quando um escoamento supercrítico é forçado a se tornar subcrítico numa seção a jusante. Esta transição pode ser forçada pela existência de vertedores, obstáculos, transições de inclinações de fundo, etc. A mudança brusca de profundidade que normalmente ocorre é acompanhada de uma considerável perda de energia.

Um engenheiro, ao projetar um canal sujeito a ocorrência desse tipo de fenômeno, deve sempre saber onde irá ocorrer a dissipação de energia. Por exemplo, em vertedores de usinas hidrelétricas, é desejável reduzir a energia do escoamento da água que está sendo devolvida ao rio, para diminuir os danos ao leito deste rio. Entretanto, essa dissipação não pode ocorrer junto à descarga da barragem, pois existirá o risco de danos à estrutura da mesma.

Vertedores são estruturas sobre as quais ocorre a vazão de um líquido. O estudo dos vertedores visa conhecer o modo que ocorre a passagem do líquido sobre estas estruturas considerando as condicionantes induzidas pelas formas das estruturas. Assumindo as mais variadas formas e disposições, os vertedores apresentam comportamentos dos mais diversos, sendo muitos os fatores que podem servir de base à sua classificação, como: forma, altura relativa da soleira, natureza da parede e largura relativa. Para a realização do experimento utilizou-se um equipamento simulador de canais como o da figura 1, equipado com um acessório que cria um efeito de vertedouro como o da figura 2

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Figura 1 – Canal de escoamento utilizado em laboratório.

Fonte: Potenza Materiais Hidráulicos.

Figura 2 – Acessório simulador de vertedouro

Fonte: Dos autores, 2016

As equações a serem utilizadas para obtenção dos resultados são:

(1)

(2)

(3)

(4)

3

√ (5)

(6)

(7)

(8)

onde:

 representa a vazão média;

 representa a área da seção transversal do canal;

 representa a velocidade de escoamento;

 representa a largura de fundo do canal;

 representa a energia específica do escoamento;

 representa a altura d’água;

 representa a vazão específica de escoamento;

 representa a energia específica crítica;

 representa a altura d’água crítica.

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2. OBJETIVOS

Através do ressalto hidráulico produzido no canal, determinar o tipo de ressalto, a perda de energia e sua eficiência de dissipação, medir o comprimento do ressalto e compará-lo com os métodos de estimativa previstos na literatura.

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3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1. MATERIAIS

Para o experimento foram usados os seguintes materiais:

 Isopor;

 Canal de acrílico;

 Régua;

 Reservatório;

 Bomba.

3.2. MÉTODOS

Primeiramente, a bomba foi ligada fazendo com que surgisse um escoamento através do canal de acrílico. Com a estabilização do escoamento, a prática pôde ser iniciada.

Na saída do reservatório foi posicionado uma barragem e um vertedouro, para que estes produzissem o ressalto hidráulico. No final do canal foi colocado também um vertedouro retangular de parede espessa medindo . A largura do canal era igual a , o coeficiente de rugosidade de Manning igual a e a declividade de fundo do canal igual a .

Assim, foram feitas duas medições, uma no início e outra no final do ressalto. A aferição das medições foi dificultada devido à turbulência do escoamento gerada pelo ressalto, mas os devidos cuidados foram tomados para que as mesmas se aproximassem ao máximo da realidade. Foram medidos os valores de altura d’água no início e no final do ressalto e o comprimento do mesmo.

As figuras a seguir mostram algumas etapas do experimento.

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Figura 3 – Barragem e vertedouro.

Fonte – Dos autores, 2016.

Figura 4 – Queda d´água.

Fonte – Dos autores, 2016.

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Figura 5 – Vista do ressalto hidráulico.

Fonte – Dos autores, 2016.

Figura 6 – Saída do canal com vertedouro retangular.

Fonte – Dos autores, 2016.

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4. TABELAS COM OS DADOS OBTIDOS

Figura 7 – Figura esquemática do canal.

Fonte – Dos autores, 2016.

Tabela 1 – Medições das alturas d’água e do comprimento do ressalto.

Altura d’água seção 1 [cm]

0,7

Altura d’água seção 2 [cm]

5,0

Comprimento do ressalto 1 [cm]

73,0

Fonte: Dos autores, 2016.

Tabela 2 – Dados do canal e do escoamento.

Largura de fundo

Rugosidade de Manning

Declividade de fundo

Fonte: