Aula 3 Ressalto Hidráulico e Projeto de canais[1]

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Escoamentos Livres
Engenharia Civil
Hidráulica e Hidrologia Aplicada
Profa Olga Caminha
Agosto, 2017
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.1 Ressalto Hidráulico
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 escoamento permanente é denominado bruscamente variado quando
existe uma mudança rápida e localizada das características do escoamento.
Supercrítico SubcríticoRessalto
➢ Forte grau de turbulência e grande perda de energia;
➢ Passagem do escoamento supercrítico para escoamento subcrítico;
➢ Profundidades conjugadas y1(supercrítico) e y2(subcrítico).
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.1 Ressalto Hidráulico
Yc
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.1 Ressalto Hidráulico
Uma das preocupações que o engenheiro deve sempre ter é saber onde irá
ocorrer essa dissipação de energia.
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.
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.
Superfície livre com ondulações. 
Perdas por atrito na parede e 
fundo do canal.
Perdas de cargas são baixas.
Distribuição de velocidades
aproximadamente uniforme.
Ressalto se desloca para jusante,
não guarda posição junto à fonte
geradora.
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.2 Tipos de Ressalto Hidráulico
Aplicação do ressalto como
dissipador de energia em obras
hidráulicas. A dissipação de
energia fica entre 45 e 70%.
Dissipação de energia pode
alcançar 85%. Em geral, não é
utilizados nas construções
hidráulicas devido a efeitos
colaterais, como processos
abrasivos ou cavitação.
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.1 Tipos de Ressalto Hidráulico
Ressalto estacionário ou verdadeiro
Calha Parshall
4.2 Tipos de Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.2 Tipos de Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
Calha Parshall
4.2 Tipos de Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
✓ Altura do ressalto (h)
4.3 Características do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
h = y2 − y1
✓ Altura conjugada do ressalto (Y2/Y1)
𝑦2
𝑦1
=
1
2
(1 + 8𝐹𝑟1²)
1
2 − 1
𝑦2 =
𝑦1 1 + 8𝐹𝑟1
2 1/2 − 1
2
4.3 Características do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
✓ Eficiência do ressalto (ƞ) – Capacidade de dissipação de energia
ƞ =
Δ𝐸
𝐸1
=
(𝑦2 − 𝑦1)3
4𝑦2𝑦1
𝐸1
✓ Perda de carga no ressalto (ΔE)
Δ𝐸 =
(𝑦2 − 𝑦1)3
4𝑦2𝑦1
✓ Comprimento do ressalto (L)
𝐿~ 6,9 (𝑦2 − 𝑦1)
Gráfico utilizado para determinação da altura conjugada de um ressalto hidráulico
que ocorre em canal retangular com fundo inclinado.
4.3 Características do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.3 Características do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.3 Características do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
4.4 Localização do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
y2’: altura do escoamento
y2: altura conjugada (tracejada)
No caso 1, a profundidade do escoamento do canal a jusante (y2’)
é exatamente igual a altura conjugada (y2). Neste caso, o ressalto
ocorre logo a jusante do canal de forte declividade e da
comporta.
4.4 Localização do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
y2’: altura do escoamento
y2: altura conjugada (tracejada)
No caso 2, a profundidade do escoamento a jusante (y2’) é menor do que
a altura conjugada (y2). Isso significa que o ressalto não ocorrerá com
profundidade a montante (y1). O valor de y1 tende a aumentar à medida
que nos afastamos da obstrução. À medida que nos afastamos do canal de
forte declividade ou da comporta, a profundidade necessária para a
ocorrência do ressalto também diminui. Portanto, o ressalto ocorrerá
mais a jusante, num ponto em que a profundidade do escoamento (y1’)
esteja associada com uma profundidade conjugada exatamente igual a
profundidade do canal a jusante (y2’).
4.4 Localização do Ressalto Hidráulico
4. Escoamento Bruscamente Variado
y2’: altura do escoamento
y2: altura conjugada (tracejada)
No caso 3, a profundidade do escoamento a jusante (y2’) é maior do
que a profundidade conjugada y2. Nessa situação, o ressalto será
empurrado para montante e trabalhará afogado, perdendo
eficiência em termos de dissipação de energia.
Ex1) A altura d’água no regime torrencial em um canal retangular
com largura de fundo igual a 3,0 m e vazão de 20m³/s é igual a
0,50 m. Determine a altura conjugada no regime subcrítico.
Calcule a perda de energia causada pelo ressalto e a eficiência do
mesmo. Estudar exemplo 11.3 (livro Porto)
Ex2) Uma calha Parshall de 2,0 m de largura transporta água a
uma altura uniforme de 0,60 m com vazão de 10m³/s. Na seção
reduzida da calha provoca-se o ressalto hidráulico para mistura
de produtos químicos. Calcule a largura da seção reduzida para
formar o ressalto a montante da garganta, desprezando-se as
perdas.
Celeridade e velocidade crítica
𝑽𝒄 = 𝒈. 𝒀𝒄 Digite a
equação
aqui.
𝑭𝒓 =
𝑽
𝒈. 𝒀
𝐹𝑟 =
𝑉
𝐶
Controle de escoamento 
de jusante: 
JUSANTE-MONTANTE 
Controle de escoamento 
de montante: 
MONTANTE-JUSANTE
FAZER LEITURA DO ITEM 10.6 (SEÇÃO DE 
CONTROLE) - LIVRO DE HIDRÁULICA PÁGS. 
300/301
C: Coeficiente de Chezy
Função de (f e Ɛ)
(Diversas Tabelas)
Projeto de Canais
Tabela para aplicar o método de Cowan para canais naturais.
Determine a capacidade de escoamento dos seguintes canais.
Projeto de Canais