Relatório - Ressalto Hidráulico

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UNIVERSIDADE FERDERAL DO CARIRI – CAMPUS JUAZEIRO DO NORTE 
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL 
HIDRÁULICA APLICADA 
ORIENTADOR: PROF. DR. PAULO ROBERTO LACERDA TAVARES 
 
 
 
 
 
MATEUS FLORENCIO SOUSA 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA: 
RESSALTO HIDRÁULICO NO ESCOAMENTO PERMANENTE UNIFORME 
EM CANAIS RETANGULARES DE BAIXA DECLIVIDADE 
 
 
 
 
 
 
Juazeiro do Norte - CE 
2019 
 
 
Sumário 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 4 
1.2 Objetivo Geral ....................................................................................... 4 
1.3 Objetivos Específicos ............................................................................ 4 
2. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 5 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 11 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................... 14 
5. REFERÊNCIAS ......................................................................................... 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lista de Figuras 
 
Figura 1: Canal Retangular ............................................................................... 5 
Figura 2: Válvula de Declividade ........................................................................ 5 
Figura 3: Bloco de Parede Espessa ................................................................... 6 
Figura 4: Comporta ............................................................................................ 6 
Figura 5: Ressalto Hidráulico ............................................................................. 6 
Figura 6: Ponta Linimétrica................................................................................. 7 
Figura 7: Tubo de Pitot - Pressões ..................................................................... 8 
Figura 8: Tubo de Pitot - Regime ....................................................................... 8 
Figura 9: Paquímetro Digital ............................................................................... 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
Um regime de escoamento diz respeito a como os fluidos se comportam 
diante de diversas variáveis. “Quanto a variação no tempo os escoamentos 
se classificam em permanentes e transitórios. No regime permanente não há 
variação das características de escoamento com o tempo” (BAPTISTA; 
LARA, 2010, p.45). “Escoamento uniforme é aquele no qual o vetor 
velocidade, em módulo, direção e sentido, é idêntico em todos os pontos” 
(PORTO, 2006, p.4). De forma mais prática, o escoamento é considerado 
uniforme quando todas as seções transversais do conduto forem iguais e a 
velocidade média em todas as seções, em um determinado instante, for a 
mesma. 
“O ressalto hidráulico ou salto hidráulico é o 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 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 como uma onda estacionária.” (PORTO,2006, p.335). 
O ressalto é utilizado principalmente para dissipar energia cinética oriunda de 
quedas d’água no paramento de um vertedor, evitando o surgimento de um 
processo erosivo no leito do canal. O ressalto também pode ser usado em 
estações de tratamento de água, ele é empregado afim de propiciar uma 
melhor mistura de substâncias químicas utilizadas no processo de purificação 
da água. 
 
1.2 Objetivo Geral 
Analisar os aspectos, práticos e teóricos, do escoamento em um canal 
retangular com pequena declividade no qual ocorre a presença do ressalto 
hidráulico. 
 
1.3 Objetivos Específicos 
 Calcular o número de Froude no regime fluvial pelo Método da Bomba 
e pelo Método do Tubo de Pitot; 
 
 
5 
 
 Calcular os valores respectivos a altura no regime torrencial e 
velocidade através do Método de Pitot e do Método da Bomba; 
 Avaliar as discrepâncias entre os valores da altura d’água no regime 
de escoamento torrencial; 
 Calcular a eficiência do ressalto hidráulico; 
 Calcular a perda de carga do ressalto hidráulico; 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
Para a realização da prática foram utilizados alguns materiais 
disponibilizados no laboratório. Inicialmente foi-se apresentado o canal 
retangular (Figura 1) devidamente inclinado através da válvula de declividade 
(Figura 2). 
 Figura 1: Canal Retangular 
 
 
Posteriormente, o bloco de parede espessa (Figura 3) foi inserido no canal, 
afim de provocar a mudança no regime de escoamento fluvial para o regime 
de escoamento torrencial, acarretando na redução da altura d’água e no 
aumento da velocidade do escoamento. 
Figura 2: Válvula de Declividade 
 
 
6 
 
Figura 3: Bloco de parede espessa 
 
Logo após, foi inserida uma comporta (figura 4) provocando a mudança do 
regime de escoamento torrencial para o regime fluvial, acarretando no 
fenômeno do ressalto hidráulico (figura 5). 
Figura 4: Comporta 
 
Figura 5: Ressalto Hidráulico 
 
 
 
7 
 
Após provocar este fenômeno, para análise e efeito de cálculos 
subsequentes, utilizando-se a ponta linimétrica (Figura 6) foram aferidas 
medidas quanto a altura d’água anterior e posterior ao ressalto. Para a 
determinação da altura foram realizadas duas medições. 
 Figura 6: Ponta Linimétrica 
 
Finalizada a aferição das medidas referentes à altura d’água durante o 
ressalto hidráulico, foram realizadas medidas quanto a pressão estática e a 
pressão dinâmica por intermédio do Tubo de Pitot (Figura 7 e Figura 8) 
apenas no regime torrencial. O Tubo de Pitot é um instrumento de medição 
de velocidade muito utilizado para medir a velocidade de fluidos em modelos 
físicos em laboratórios de hidráulica. Através desse material, é possível obter 
o valor da velocidade através da equação (1). 
(𝟏) V2 = 2g (
PDinâmica − PEstática
γ
) 
V = Velocidade PDinâmica = Pressão Dinâmica 
g = Gravidade PEstática = Pressão Estática 
𝛾 = Peso específico do fluido 
Dadas as aferições foram anotados os seguintes valores: 
 
 
8 
 
 Figura 7: Tubo de Pitot - Pressões 
 
Logo após, foram feitas quatro medições da base do canal com auxílio do 
paquímetro digital (Figura 9), adotando-se o valor médio entre as quatro 
medidas. É importante destacar que a base do canal tem 64 cm, porém para 
efeito de prática laboratorial, neste relatório foi utilizada a base média entre 
as quatro aferições. 
 
 Figura 9: Paquímetro Digital 
 
 
Figura 8: Tubo de Pitot – Regime 
Torrencial 
 
 
9 
 
Concluída a parte prática da análise do ressalto hidráulico, torna-se 
imprescindível a realização dos cálculos teóricos para devida comparação 
com os valores aferidos durante o ensaio, sendo possível avaliar 
determinados desvios resultando em erros calculados. Para o procedimento 
teórico foram consultadas as seguintes equações: 
 
(2) 
𝐲𝟏
𝐲𝟐
= 
𝟏
𝟐
 [(√𝟏 + 𝟖𝐅²𝐫𝟏) − 𝟏] 
 
Dado que:
(3) 𝐅𝐫𝟏 = 
𝐕
√𝐠 𝐲𝟏
 
 
y1 = Altura d’água a Montante (Regime Fluvial) 
y2 = Altura d’água a Jusante (Regime Torrencial) 
𝑭𝒓𝟏= Número de Froude a Montante (Regime Fluvial) 
 
Para classificar o tipo de ressalto, tem-se como base o número de Froude, 
verificando-se os seguintes intervalos: 
 1<Fr1<1,7: ressalto hidráulico ondulado. Neste caso não se tem o 
ressalto propriamente dito, mas sim a formação de ondas que se 
propagam para jusante. 
 1,7<Fr1<2,5: ressalto hidráulico fraco. Pouca energia é dissipada. 
 2,5<Fr1<4,5: ressalto oscilante. Para este intervalo de Fr1, o 
ressalto apresenta uma superfície livre com ondulações e ocorre a 
formação de ondas que podem se propagar para jusante sobre 
longas distâncias. Este fenômeno pode causar erosões em alguns 
tipos de canais; 
 4,5<Fr1<9,0: ressalto estável. Este tipo de ressalto é empregado 
como dissipador de energia em bacias de dissipação. 
 
 
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 Fr1>9,0: ressalto forte. Este tipo de ressalto não é empregado 
como dissipador de energia porque há o risco de ocorrência de 
erosões significativas em função da elevada turbulência. 
 
Para a equação (2), foram substituídos os valores de y1 e 𝐅𝐫𝟏calculado pela 
equação (3), afim de determinar o valor de y2 e compará-lo com o valor 
medido durante o ensaio no regime torrencial. 
É importante destacar que, por intermédio do Tubo de Pitot foi-se possível 
determinar o valor da velocidade e posteriormente o valor da vazão, a qual 
a própria bomba a fornece. Tal vazão tem valor de 4.800 l/h. Porém, este 
não é o valor referente a vazão real, dado que o corpo técnico do laboratório 
fornece uma fórmula que possibilita a conversão e obtenção de um valor 
preciso para a vazão, expressa pela equação (4): 
 
 (4) 𝐐𝐂𝐨𝐫𝐫𝐢𝐠𝐢𝐝𝐚 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟎𝟑 + 𝟏, 𝟎𝟑𝟖𝟏𝐐 (m³/s) 
 
Outro importante aspecto a ser relatado é o cálculo da eficiência do ressalto, 
dada pela equação abaixo: 
 
 (5) 𝜼 = 
𝚫𝑬
𝑬𝟏
 
 
Tal que, 
 ∆𝐄 = 𝐄𝟐 − 𝐄𝟏 
 𝑬𝟐 = 𝒚𝟐 +
𝑽𝟐
𝟐
𝟐𝒈
 e 𝑬𝟏 = 𝒚𝟏 +
𝑽𝟏
𝟐
𝟐𝒈
 
 
Torna-se imprescindível determinar a perda de carga durante o ressalto, 
podendo ser determinada de acordo com a equação (6): 
 (6) 𝚫𝑬 = 
(𝒚𝟐−𝒚𝟏)³
𝟒𝒚𝟏𝒚𝟐
 
Pode-se determinar a altura do ressalto dado pela equação (7): 
 (7) h = y2 – y1 
 
 
 
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Por fim, é necessário calcular o valor do erro dado pela equação (7) e discutir 
as divergências entre os valores de y2 medido e calculado pelo Método da 
Bomba e pelo Método do Tubo de Pitot. 
 (8) Erro = (
𝐲𝟐−𝐲𝟐𝐦𝐞𝐝𝐢𝐝𝐨
𝐲𝟐𝐦𝐞𝐝𝐢𝐝𝐨
) ∗ 𝟏𝟎𝟎 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Para a determinação da altura d’água anterior e posterior ao ressalto 
foram feitas duas leituras, dadas pelos valores abaixo: 
 y1 = 19,3 mm (Regime Torrencial) 
 y2 = 62,5 mm (Regime Fluvial) 
Logo após, foram feitas as leituras quanto a base do canal, realizadas quatro 
aferições e utilizada a média entre os valores: 
 b1 = 63,83 mm 
 b2 = 63,75 mm 
 b3 = 64,36 mm 
 b4 = 60,56 mm 
 bMédia = 63,13 mm 
Seguindo o procedimento, determinou-se os seguintes valores para as 
pressões estática e dinâmica, estabelecidas pelos valores abaixo: 
 𝑃𝐸𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 = 125 𝑚𝑚 
 𝑃𝐷𝑖𝑛â𝑚𝑖𝑐𝑎 = 215 𝑚𝑚 
 
De acordo com o Método do Tubo de Pitot dado pela equação (1), pode-se 
determinar o valor da velocidade exposto abaixo: 
V1 = 1,33 m/s² 
 
Pelo Método da Bomba dado pela equação (4), também é possível 
determinar o valor da velocidade. É válido ressaltar que é necessária a 
conversão de unidades de medida, de (l/h) para (m³/s). 
QCorrigida = 𝟏, 𝟒𝟏 ∗ 𝟏𝟎−𝟑 𝐦𝟑/𝐬 
 
 
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Para determinar a velocidade, ainda é preciso determinar o valor da área da 
seção transversal do canal retangular, expressa pela equação abaixo. 
 A = bmédia * y1 
A = 0,06313 * 0,0193 
A = 𝟏, 𝟐𝟐 ∗ 𝟏𝟎−𝟑 𝐦² 
Logo, pela equação da continuidade, tem-se. 
QCorrigida = A * V 
V1 = 1,16 m/s 
 
Para continuar a análise do ensaio através da relação entre a teoria e a 
prática, é necessário calcular o número de Froude a partir dos dados de y1 e 
V1, pelo Método da Bomba e pelo Método do Tubo de Pitot, assim tem-se os 
valores de: 
 
 Método do Tubo de Pitot 
 
𝐅𝐫𝟏 = 𝟑, 𝟎𝟔 
 
 Método da Bomba 
𝐅𝐫𝟏 = 𝟐, 𝟔𝟕 
 
Calculado o número de Froude pelos dois métodos, a partir destes dois 
valores é possível determinar a altura no regime de escoamento fluvial (y2) 
através da equação (2), posteriormente realizar um comparativo com o valor 
aferido durante a prática do ensaio e estabelecer os possíveis erros e 
discrepâncias entre ambos os dados. Logo, a seguir temos y2 para as duas 
condições: 
 y2 dado o número de Froude calculado a partir do Método do Tubo de 
Pitot: 
 
y2 = 0,07443 m = 74,43 mm 
 
 y2 dado o número de Froude calculado a partir do Método da Bomba: 
 
 y2 = 0,06386 m = 63,86 mm 
 
Analisando os valores de y2 medidos pelo Método da Bomba e pelo Método 
do Tubo de Pitot, torna-se importante a comparação destas alturas com a 
 
 
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altura medida durante o ensaio, e, posteriormente, determinar quais os 
valores percentuais quanto ao erro dado pela equação (8): 
 Método da Bomba: 
 
Erro = (
𝟔𝟑,𝟖𝟔−𝟔𝟐,𝟓𝟎
𝟔𝟐,𝟓𝟎
) = 2,13% 
 
 
 
 Método do Tubo de Pitot: 
 
Erro = (
𝟕𝟒,𝟒𝟑−𝟔𝟐,𝟓𝟎
𝟔𝟑,𝟖𝟔
) = 19,07% 
 
 
Ademais, é necessária a classificação do ressalto seguindo os critérios 
citados na metodologia deste relatório e baseados no número de Froude a 
partir dos dois métodos: 
 Por ambos os métodos (Tubo de Pitot e Bomba) o ressalto analisado 
é classificado como um ressalto oscilante. Apresenta uma superfície 
livre com ondulações e ocorre a formação de ondas que podem se 
propagar para jusante sobre longas distâncias. 
 
Por fim, pode-se determinar a altura do ressalto dado pela equação (7), 
novamente levando em consideração os dois métodos. 
 Dado y2 calculado a partir do Método da Bomba: 
h = 44,58 mm 
 
 Dado y2 calculado a partir do Método do Tubo de Pitot: 
 h = 55,13 mm 
 
 Dado y2 medido durante a prática do ensaio: 
 h = 43,20 mm 
 
Para se determinar a perda de carga dada pela equação (6) e a eficiência 
expressa pela equação (5) durante o ressalto, segue-se o seguinte 
procedimento: 
 Através do y2 calculado pelo Método do Tubo de Pitot: 
 
 
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∆𝐄 = 0,0292 m 
𝐄𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟗𝟓 m 
𝜼 = 0,2668 = 26,68% 
 
 
 Através do y2 calculado pelo Método da Bomba: 
 
∆𝐄 = 0,0179 m 
𝐄𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟖𝟕𝟗 m 
𝜼 = 0,2036 = 20,36% 
 
 
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Nota-se que, para os dois métodos de cálculos utilizados, a altura no 
regime torrencial apresenta discrepâncias em relação ao valor medido, 
principalmente quando equiparada ao valor obtido por intermédio do Método 
do Tubo de Pitot. Logo, essa diferença entre os valores da altura ocasionam 
a propagação de outras discrepâncias referentes aos demais parâmetros 
como o número de Froude e a eficiência do ressalto. 
Observa-se que, o Método da Bomba torna-se mais preciso por permitir a 
utilização de equipamentos que auxiliam em aferições mais próximas do valor 
real, como o paquímetro digital. Porém, para o Tubo
de Pitot, é mais propício 
o surgimento de erros, ocasionados por fatores como menisco durante a 
leitura das pressões, gerando alterações no valor da velocidade e das alturas. 
Portanto, verifica-se que existe uma variação de 19,07% entre a altura 
medida e altura calculada no regime torrencial pelo Método do Tubo de Pitot 
e uma variação de 2,13% quanto ao Método da Bomba. Por fim, constata-se 
que o ressalto produzido experimentalmente possui eficiência baixa, atrelada 
a pouca capacidade de realizar a mistura de substâncias durante o 
escoamento, como foi apresentado durante a prática através da inserção de 
um corante ao canal retangular. 
 
5. REFERÊNCIAS 
PORTO, R. M.; Hidráulica Básica, São Carlos: EESC-USP, 2006 
BAPTISTA, M. et al. Fundamentos de Engenharia Hidráulica, Belo 
Horizonte, Editora UFMG, 2010 
 
 
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