relatório 11 hidráulica

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Pontifícia Universidade Católica de Goiás
Departamento de Engenharia
Curso de Engenharia Civil
ENG 1120– Hidráulica
Prof. Lauro 
	
11° Experimento – Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do ressalto hidráulico
Relatório apresentado à disciplina ENG 1120 - Hidráulica, do curso de Engenharia Civil da Pontifícia Universidade Federal de Goiás.
Alunos: 
 
Goiânia, GO
 Novembro/2016
INTRODUÇÃO
O ressalto hidráulico é um dos fenômenos importantes no campo da hidráulica. Ele foi primeiramente descrito por Leonardo da Vinci e o primeiro estudo experimental foi creditado a Bidone em 1818.
	O ressalto hidráulico possui uma gama bastante ampla de aplicações sendo a principal delas sua utilização como um dissipador de energia. Além dessa aplicação, são ainda utilizados em medidores de vazão tipo calha, na melhoria da mistura de produtos químicos no tratamento de águas e esgotos, para intensificar a mistura de gases em processos químicos, na aeração de escoamentos poluídos com produtos biodegradáveis, etc.
	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.
Uma das preocupações que o engenheiro deve sempre ter é saber onde irá ocorrer essa dissipação de energia. Por exemplo, em vertedores de usinas hidrelétricas, é desejável se reduzir a energia do escoamento de água que está sendo devolvida ao rio, para diminuir os danos ao leito deste rio. Entretanto, esta dissipação não pode ocorrer junto à descarga da barragem, pois existirá o risco de danos à estrutura da mesma. Desta forma, devem ser projetadas bacias de dissipação para este fim. É sempre um grande problema quando temos que definir o tipo da bacia de dissipação que iremos usar. Tudo fica dependendo da importância da obra, dos custos e da segurança de homens e bens materiais.
No projeto de canais para transporte em regime supercrítico, o engenheiro deve estar atento para se evitar que o escoamento se torne subcrítico prematuramente, pois isso pode causar a degradação das paredes do canal. Em escoamento em canais formados por tubos, como ocorre em redes de esgoto e águas pluviais, a ocorrência de ressalto pode tornar o escoamento livre em um escoamento forçado, causando a diminuição do fluxo e consequente alagamento a montante.
Normalmente os ressaltos hidráulicos podem ser classificados em 5 categorias, dependendo do número de Froude a montante, sendo eles:
Ressalto Ondulatório: 1,0 Fr 1,7
	Neste caso, aparecerão pequenas ondulações na superfície da água, com aumento pequeno na profundidade a jusante e perda de energia praticamente nula.
Ressalto Fraco: 1,7 Fr 2,5
	Começa a aparecer o movimento de rolamento de parte da água, sendo que a energia dissipada ainda é pequena sendo da ordem de 5% para Fr = 1,7 e 18% para Fr = 2,5.
Ressalto Oscilante: 2,5 Fr 4,5
	É caracterizado por regiões de instabilidade do escoamento em alta velocidade no ressalto. Estas instabilidades produzem ondas de superfícies que viajam até distâncias consideráveis a jusante. Quando ocorre este tipo de ressalto deve-se tomar cuidado no projeto para se colocar dispositivos com a finalidade de destruir estas ondas. A perda de energia é da ordem de 45% em Fr = 4,5.
Ressalto Estável: 4,5 Fr 9,0
	Neste caso o ressalto é bem estabelecido, com o movimento de rolamento estável, e com grande dissipação de energia. A perda de energia varia de 45% em Fr = 4,5 até 70% em Fr = 9. Este ressalto é menos sensível a pequenas variações de profundidade que ocorram no escoamento.
Ressalto Forte: Fr> 9,0
	Neste tipo de ressalto, a superfície da água fica bastante movimentada e com pequenas ondulações, a altura do ressalto é bastante grande e a energia dissipada é superior a 70%. 
Figura 01 – tipos de ressaltos hidráulicos.
	Para determinação do comprimento do ressalto hidráulico um parâmetro importante de projeto é o comprimento do ressalto, pois ele afeta o tamanho da bacia de dissipação onde ocorre o ressalto. Considera-se este comprimento (L) como a distância horizontal entre o início do ressalto e a seção onde a profundidade da água passa a ser praticamente constante.
O Número de Froude desempenha importante papel no estudo dos canais, permitindo definir os regimes de escoamento (Subcrítico, Supercrítico e Crítico). 
A expressão entre parênteses é conhecida como fator cinético do escoamento e sua raiz quadrada denomina-se número de Froude.
O Número de Froude desempenha importante papel no estudo dos canais, permitindo definir os regimes de escoamento (Subcrítico, Supercrítico e Crítico). Deste modo, a energia específica pode ser posta em função do número de Froude:
No escoamento crítico, a energia específica é mínima, logo a derivada de “E” em relação à y é nula (ponto de mínimo).
A energia crítica ocorre quando o número de Froude for igual a unidade.
OBJETIVO
Calcular a vazão real (Tubo Diafragma);
Calcular a energia dissipada no ressalto hidráulico;
Calcular a vazão;
Calcular a potência dissipada (Pd);
Calcular o erro (%).
METODOLOGIA
 MATERIAIS UTILIZADOS
Conjunto motor-bomba;
Régua;
Tubo diafragma;
Quadro de pressões – Manômetro em U;
Esquema representativo do experimento:
 Figura 02 e 03 – Esquemas representativos do experimento.
3.2. MÉTODO
Com o sistema desligado mediu-se as dimensões necessárias para realização do experimento. 
Em seguida, para a realização dos cálculos foram utilizadas as seguintes equações:
Cálculo da vazão real – Tubo Diafragma
Onde:
k – 0,676;
M – 0,45;
S – é o valor da área calculada através da seguinte fórmula:
g – é a aceleração da gravidade (aproximadamente 9,8 m/s²);
dHg = 13,6;
Δh – são as diferenças de altura encontradas no manômetro;
Cálculo da energia dissipada no ressalto hidráulico
Onde:
Sendo alturas conjugadas do ressalto.
Cálculo da vazão 
Onde:
b – largura do canal (m)
Q – vazão em 
Cálculo da potência dissipada (Pd)
Uma vez que 
Erro (%)
RESULTADOS E DISCUSSÕES
	Primeiramente, coletaram-se todos os dados necessários para o cálculo da vazão do Tubo Diafragma, e . Obteve-se assim, os seguintes dados:
;
;
 
Sendo 
Logo em seguida, calculou-se o valor da vazão do Tubo Diafragma, com auxílio do manômetro (. Obtendo-se assim, os seguintes valores: 
Onde:
k = 0,676
M = 0,45
O valor, então encontrado, foi de:
 m³/s
Depois de encontrado o do valor da vazão do Tubo Diafragma, calculou-se o valor da energia dissipada no ressalto hidráulico:
Após encontrar o valor de , calculou-se o valor a vazão, através da seguinte fórmula:
	Logo em seguida, calculou-se o valor da potência dissipada, uma vez que:
Para finalizar, após o cálculo de todos os parâmetros necessários, encontrou-se o erro do experimento, obtendo-se um valor equivalente a:
Deste modo, através dos dados obtidos pode-se notar que os valores encontrados para cd’ e cd, ou seja, para contração incompleta e completa, respectivamente, são próximos, contendo apenas uma variação de 0,048 aproximadamente.
Nota-se que ocorre a contração no orifício de fundo, devido a perda de carga que este sofre, uma vez que as moléculas de água tem movimento desordenado, chocando contra parede.
CONCLUSÃO
Dessa forma, observa-se que é indispensável à análise do sistema em que se quer trabalhar para a escolha correta do tipo de orifício a ser instalado, uma vez que, a vazão do sistema a ser trabalhado pode ser modificada através da utilização devertedores e, consequentemente, os valores dos coeficientes de descarga, contração e velocidade serão alterados.
 	Nota-se que a utilização de orifícios é bastante importante para melhor controle da vazão e são utilizados em paredes de reservatórios, como de pequenos tanques, canais ou canalizações. Sendo assim, muito mais importante do que muitos acreditam, no controle de água.
REFERÊNCIAS
Orifícios e Bocais. Disponível em: http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/doalcey/materiais/Cap_3_e_4___Orificios_e_Vertedores.pdf. Acessado em: 20/10/2016 às 18:30h.
Laboratório de Hidráulica – Universidade Federal de Alagoas. Centro de tecnologia. Disponível em: http://www.ctec.ufal.br/professor/mgn/AulaPratica02OrificiosEBocais.pdf. Acessado em: 20/10/2016 às 19:00h.
Orifícios, bocais e tubos curtos. Disponível em: < http://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/8930/material/vertedores%20e%20orif%C3%ADcios.ppt>. Acesso em: 20/10/2016 às 19:40h.