RESSALTO HIDRÁULICO, EQUAÇÃO DE BERNOULLI E EQUAÇÃO DE MANING-CHÈZY

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Departamento de Engenharias, Arquitetura e Ciências Agrárias

Hidráulica

RESSALTO HIDRÁULICO, EQUAÇÃO DE BERNOULLI E EQUAÇÃO DE MANING-CHÈZY

Adriano Kaddatz

Francine de Moura

Maira Martin

Mirela Francesquett

Tiago Riese

Santa Cruz do Sul, Maio de  2016.

Adriano Kaddatz

Francine de Moura

Maira Martin

Mirela Francesquett

Tiago Riese

RESSALTO HIDRÁULICO, EQUAÇÃO DE BERNOULLI E EQUAÇÃO DE MANNING-CHÈZY

Relatório sobre Ressalto Hidráulico, Equação de Bernoulli e Equação de Maning-chèzy, realizado no laboratório de Agrohidrologia, do curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Santa Cruz do Sul. Professor: Felipe Kruger Leal.

Santa Cruz do Sul, Maio de 2016.

1. INTRODUÇÃO

Realizamos procedimentos no dia 17 de maio de 2016, no laboratório de Agrohidrologia, localizado no Bloco 51, da Universidade de Santa Cruz do Sul (UNISC) com o objetivo de estudar o ressalto hidráulico e o cálculo da perda de carga, através da equação de Bernoulli e também através da equação de Maning-Chèzy sabermos a rugosidade do canal de acrilico.                                                Ressalto Hidráulico é um 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 consequente 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 frequentemente nas proximidades de uma comporta de regularização ou ao pé de um vertedor de barragem.                                                                        A equação de Bernoulli é obtida a partir do Teorema da Conservação de Energia Mecânica e da relação entre o trabalho mecânico e a energia dos corpos. É utilizada para descrever o comportamento dos fluidos em movimento no interior de um tubo. Portanto é a principal equação dos estudos da Mecânica dos fluidos e explica, por exemplo, como os aviões mantêm-se no ar. A pressão exercida pelo ar que passa pelas asas do avião é menor do que a pressão em sua parte inferior. Essa diferença de pressão cria uma força de baixo para cima, sustentando o avião no ar.                                                Com a Equação de Manning-chèzy é possível a determinação da rugosidade do canal caso se conheça vazão, área, raio hidráulico e inclinação.                                 

1. RESSALTO HIDRÁULICO

1. Revisão Bibliográfica

O ressalto hidráulico é um fenomeno que na transição de um escoamento torrencial ou supercrítico para um escoamento fluvial ou regime subcrítico. Este fenômeno é caracterizado pela elevação acentuada no nível da água em uma reduzida distância, com elevada turbulência e grande perda de energia. O Número de Froude, denominado a seguir por Fr1, classifica o ressalto hidráulico na seção de escoamento torrencial.

• Ressalto Ondulado: 1 < Fr1 < 1,7.

Não considera o fenomeno como ressalto propriamente dito, mas sim a formação de ondas que se propagam para jusante. Apresenta dissipação de energia muito pequena, o ressalto não é empregado como dissipador.

• Ressalto Fraco: 1,7 < Fr1 < 2,5.

Não considera como ressalto propriamente dito, pouca energia é dissipada. Uma sériede pequenos vórtices é formada sob a superfície livre na região do ressalto e a região a jusante do ressalto permanece aproximadamente uniforme e lisa.

• Ressalto Oscilante: 2,5 < Fr1 < 4,5.

Para este intervalo o ressalto já se apresenta sob seu aspecto típico. Nesta faixa o ressalto tem a tendência de se deslocar para jusante, não guardando posição junto à fonte geradora. O ressaltoapresenta uma superfície livre com ondulações e ocorre a formação de ondas que podem se propagar para jusante sobre longas distâncias.

• Ressalto Estacionário: 4,5 < Fr1 < 9,0.

Para este intervalo o ressalto se apresenta como dissipador de energia em bacias de dissipação. Aproximadamente 45 a 70% da energia total a montante do ressalto é dissipada ao longo de sua extensão.

• Ressalto Forte: Fr1> 9,0.

O ressalto não se apresenta como dissipador de energia porque há o risco de ocorrência de erosões significativas em função da elevada turbulência.

2.2 Métodos e objetivos

Ressalto hidráulico é um fenômeno que ocorre a transição de um escoamento turbulento para um escoamento fluvial. O escoamento turbulento ocorre quando o número de Froude é maior que 1, quando este número for igual a 1 caracteriza um regime de transição, o escoamento nessas condições é denominado de escoamento crítico. Assim o escoamento turbulento é denominado de escoamento supercrítico e o fluvial de subcrítico.                                                                                Esse procedimento tem como objetivo medir o ressalto hidráulico, como também visualizar a mudança nos regimes de escoamento.                                                Para conhecer os três regimes de escoamentos no canal precedeu-se a instalação do vertedor de parede espessa, que provoca uma elevação no fundo do canal. A vazão estabelecida provou um escoamento fluvial à montante do vertedor. A abertura da válvula de saída, aliada a uma pequena inclinação, garantiu um escoamento torrencial à jusante. O escoamento fluvial a montante do vertedor encontra uma elevação do fundo do canal suficientemente grande para provocar um escoamento crítico sobre o vertedor.                No procedimento foram realizadas as medidas dos níveis de água antes, sobre e depois do vertedor, permitindo assim avaliar o número de Froude para as três condições, caracterizando os regimes de escoamento.                                                        Na figura a seguir se pode visualizar a mudança nos regimes de escoamento.