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PRÁTICAS DE LABORATORIO – H.H.A. Prof. Orientador: _________________ Data da Prática: ____/____/_______ Componente(s) Matrícula Turma ________________________________ _______________ ______________ ________________________________ _______________ ______________ ________________________________ _______________ ______________ PRÁTICA 02 Dissipadores de Energia – Ressalto Hidráulico INTRODUÇÃO Nos projetos de engenharia hidráulica, cuidado especial é dado à dissipação de energia do escoamento. Isto deve-se o fato e que o excesso de energia hidráulica pode causar diversos danos tanto às estruturas, quanto aos sistemas naturais. Esses danos vão desde a erosão de leitos e margens dos corpos de água, abrasão de estruturas hidráulicas, até o colapso de barragens (pelo dano à fundação, ou pelo comprometimento de algum componente hidráulico da barragem). Para evitar os danos mencionados, são utilizadas estruturas especificamente destinadas a dissipar energia. Os assim denominados “dissipadores de energia” têm o seu funcionamento baseado em três mecanismos principais: impacto do jato, dispersão do jato, e ressalto hidráulico. Este último é uma das formas mais utilizadas, e ocorre quando se dá a passagem de um escoamento supercrítico para subcrítico em um canal aberto. Essa transição está associada com a formação de turbilhões, ascensão da superfície livre, incorporação de ar no escoamento e perda de energia. O ressalto hidráulico é utilizado para uma série de atividades, tais como: Dissipação de energia; Recuperação de cota do nível do fluido; Sobre carga estrutural; Reduzir pressões elevadas; Aumentar o coeficiente de vazão de comportas e orifícios mantendo-os livre; Misturador de tintas, produtos químicos. OBJETIVO(S) DO ENSAIO Estudar o fenômeno “Ressalto Hidráulico”, gerado ao longo do canal, definindo algumas características intrínsecas, tais como: transição do regime de escoamento, dissipação de energia causada no ressalto e a eficiência do mesmo. METODOLOGIA E FUNDAMENTAÇÃO TÉORICA Com o auxílio de uma comporta de fundo disposta a 1/3 do canal e um vertedor de parede espessa a 2/3 do mesmo, mantendo-se o canal em suave declividade, regularizar a comporta até que o ressalto seja gerado. Então, determinar a leitura das alturas conjugadas (y1 e y2) com auxílio do limnímetro. O ressalto hidráulico pode ser expresso em função no número de Froude nas seções de controle de montante (regime torrencial) e de jusante (regime fluvial): Fr > 1 regime de escoamento torrencial (supercrítico); Fr = 1 regime de transição (crítico); Fr < 1 regime de escoamento fluvial (subcrítico). A forma do ressalto é tradicionalmente caracterizada pelo número de Froude na seção de entrada do escoamento. O número de Froude quantifica alterações não só na configuração da superfície livre do escoamento, como também na estrutura interna, como a formação dos vórtices, direção do escoamento, formação de ondas a jusante e eficiência na dissipação de energia. A condição para que haja ressalto é y2/y1 > 1. A relação entre as alturas conjugadas são: ou Caracteriza-se o ressalto pelo seu Número de Froude inicial (Fr1): Para Números de Froude entre 4,5 e 9, o ressalto é bem caracterizado e localizado, sendo preferido no dimensionamento, principalmente para dissipação de energia. Para Números de Froude superiores a 9, apesar de indicar um potencial de dissipação maior, notam-se massas de fluido que rolam para baixo no início do ressalto, provocando ondas significativas para jusante impróprias aos dimensionamentos. A dissipação de energia (ΔE) no ressalto é calculada através da diferença entre as cargas específicas nas seções de controle, portanto, tem-se: ΔE = E1 – E2 No caso especial de canais com seção retangular, pode-se expressar a relação acima na seguinte forma algébrica: Nas seções de controle, têm-se as seguintes energias específicas: e Logo, Reordenando a equação acima em função da vazão unitária (q), tem-se: Com a vazão unitária calculada, encontra-se a energia na seção de controle 1 (E1) e, assim, a eficiência (η) no ressalto: A eficiência do ressalto hidráulico fornece-nos o potencial de dissipação da energia durante o escoamento e pode ser gerado por diferenças de declividades no canal e por elementos estruturais, tais como: comportas e vertedores. RESULTADOS E DISCUSSÃO Dados e resultados experimentais: Y1 = Fr1 = ΔE = η (%) = Y2 = MEMORIAL DE CÁLCULOS Descrever suas análises a cerca dos resultados alcançados e considerações finais ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
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