Lab7 Ressalto Hidraulico

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ESCOLA DE ENGENHARIA MAUÁ 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE 
LABORATÓRIO 
 
ETC 413 – HIDRÁULICA 
 
Professor: Carlos A. de Moya Figueira Netto 
 
 
 
 
 
Nome do experimento: Ressalto Hidráulico 
 
 
 
 
 
Realização do experimento em: 19/09/2020 às 09h30, Sábado. 
 LAB 4 
NOME 
 
RA 
 
ASSINATURA 
 Beatriz Pucceti Klotz (DIURNO) 16.00711-5 Beatriz K. 
 Leticia Malatesta Azevedo (DIURNO) 17.00708-9 Leticia M. 
 Beatriz Jacomini Casellato (DIURNO) 17.02062-0 Beatriz C. 
 
Objetivo 
 
• Familiarizar-se com o fenômeno do ressalto hidráulico a jusante de estruturas para a 
descarga de vazão e dissipação de energia 
• Praticar a hidrometria no caso do ressalto hidráulico 
• Validar a teoria do ressalto hidráulico com base nas medidas obtidas em laboratório 
 
 
Introdução teórica 
 
O ressalto hidráulico é um tipo de escoamento bruscamente variado em canais, ou seja, um 
escoamento nos quais a variação da linha d’água longitudinal é visível após uma distância curta 
percorrida, com mudança de regime com relação ao 𝐹𝑟, o escoamento passa do regime torrencial 
(𝐹𝑟 > 1,0) para o fluvial (𝐹𝑟 < 1,0). 
 
 
 
O regime, após tornar-se fluvial, mantém-se assim devido à declividade relativamente baixa 
do canal – implicando uma relação elevada entre a força resistente ao escoamento devida ao 
perímetro molhado e a projeção do peso da água na mesma direção do fundo do canal. 
A transição do escoamento resultante é rápida e envolve grande perda de energia em função da 
turbulência. Então, não é possível encontrar uma solução para o problema do ressalto hidráulico 
com base no diagrama de energia específica. Em vez disso, utiliza-se a equação da quantidade de 
movimento. 
 
 
entrada saída 
 
Considerando: 
𝑺𝟏 a seção transversal medida na distância 𝒙𝟏 imediatamente a montante do ressalto, onde 
profundidade é 𝒚𝟏; 
𝑺𝟐 a seção transversal medida na distância 𝒙𝟐 imediatamente a jusante do ressalto, onde a 
profundidade é 𝒚𝟐; 
𝑳𝒓 comprimento do ressalto; 
∆𝑯𝒓 perda de carga no ressalto 
𝑸 vazão no canal, assumida constante devido à posição estática da linha d’água (em escoamento 
permanente) 
𝑽𝟏 𝒆 𝑽𝟐 velocidades médias nas seções transversais às distâncias 𝒙𝟏 e 𝒙𝟐 
𝝆 massa específica da água 
 
 
O estudo do equilíbrio dinâmico do ressalto hidráulico se baseia no Teorema da 
Conservação da Quantidade de Movimento, resumida como: 
 
𝜌𝑄𝑉𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 + ∑𝐹𝑒𝑥𝑡 = 𝜌𝑄𝑉𝑠𝑎𝑖𝑑𝑎 
 
Onde ∑Fext representadas pelos empuxos hidrostáticos (E1 – E2). Portanto: 
 
𝑄2
𝑔𝑆1
+ 𝑆1𝑧𝐺1 =
𝑄2
𝑔𝑆2
+ 𝑆2𝑧𝐺2 
 
Definindo a função 𝑌 em dada seção 𝑆 como dependente da profundidade 𝑦 assim: 
 
𝑌(𝑦) =
𝑄2
𝑔𝑆(𝑦)
+ 𝑆(𝑦)𝑧𝐺(𝑦); com 𝑧𝐺 =
𝑦
2⁄ 
 
Vem que: 𝑌(𝑦1) = 𝑌(𝑦2) 
 
 
 
Esta é uma equação quadrática em 𝑦2/𝑦1 cuja solução é: 
 
 
𝑦2 = (
𝑦1
2
) (√1 + 8𝐹𝑟1
2 − 1) 𝑜𝑢 𝑦1 = (
𝑦2
2
) (√1 + 8𝐹𝑟2
2 − 1) 
 
 Estimativa do comprimento do ressalto 𝑳𝑹 baseando-se em informações empíricas e de 
campo em canais de diversas escalas de tamanho, o comprimento do ressalto deve variar de 5 a 7 
vezes a profundidade a jusante: 
𝐿𝑅 = [5 𝑎 7]. 𝑦2 
 
E também pode-se estimar a perda de carga, ou dissipação de energia: 
 
∆𝐻𝑅 =
(𝑦2 − 𝑦1)
3
4𝑦1𝑦2
 
 
Deve-se ressaltar que a perda de energia aumenta bruscamente com a altura relativa do 
ressalto. Essa dissipação ocorre devido à alta turbulência existente no trecho do ressalto, sendo a 
energia hidráulica parcialmente transformada em calor (ou energia calorífica de valor ∆𝐻𝑅). 
 
Equipamentos 
 
• Régua 
 
• Trena 
 
• Canal 
 
 
• Vertedor 
 
 
 
Metodologia 
 
→ Procedimento 
 
1. Preparamos o circuito para a entrada em funcionamento da bomba. 
2. Especulamos como deverá se formar o ressalto no canal e quais as condições para que isso 
aconteça. 
3. Colocamos a bomba em funcionamento e fomos levantando o vertedor retangular de 
soleira delgada no extremo de jusante do canal e abrindo o registro da tubulação de 
recalque até estabelecer um escoamento permanente. 
4. Medimos as profundidades conjugadas e o comprimento do ressalto. 
5. Verificamos o comprimento do ressalto de acordo com a estimativa teórica e aperfeiçoamos 
a medida. 
6. Medimos a carga sobre o vertedor retangular de soleira delgada, o qual será usado como 
medidor de vazão. Medimos também a altura do parâmetro de montante do vertedor e 
então calculamos o Cq pela fórmula de Francis. 
𝐶𝑞 = 1,838 . [1 + 0,26 . (
𝐻
𝐻 + 𝑃
)
2
] 
7. Medimos o desnível manométrico o qual será usado como medidor de vazão. 
 
 
→ Cálculos e Gráficos 
 
1. Calcular a função 𝑌 para as profundidades conjugadas em cada um dos dois casos realizados 
e comparar os valores com os pontos que os representam numa curva 𝑌 𝑥 𝑦 para esse canal. 
 
2. Calcular a perda de carga ∆𝐻𝑅 e o comprimento do ressalto 𝐿𝑅 comparando este último aos 
valores medidos (em cada situação realizada). 
 
Resultados das medições 
 
Dados 
Largura 20cm 
P 6,44cm 
H 8,65cm 
Δh 28,7cm 
 
 
→ Primeira leitura: 
 
Profundidades conjugadas Comprimento do ressalto 
y1 y2 Lr 
4,9 cm 8,5 cm 45,4 cm 
 
 
→ Segunda leitura: 
 
Profundidades conjugadas Comprimento do ressalto 
y1 y2 Lr 
4,9 cm 8,9 cm 50,4 cm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Análise dos resultados 
 
 
Qvertedor retangular Qplaca de orificio Qmédia 
10,15 l/s 11,18 l/s 10,66 l/s 
 
 
Como y1 da primeira leitura é igual o da segunda, os valores de velocidade, Fr e y2 estimado 
serão os mesmos: 
 
𝑉 =
𝑄
𝑆(𝑦1)
=
0,01066
(0,2𝑥0,049)
= 1,09𝑚/𝑠 
 
𝐹𝑟1 =
𝑉
√𝑔. 𝑦1
=
1,09
√9,81𝑥0,049
= 1,57 
 
 
𝑦2𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 = (
𝑦1
2
) . (√1 + 8. 𝐹𝑟2 − 1) = (
4,9
2
) . (√1 + 8. 1,572 − 1) = 8,70𝑐𝑚 
 
Com esses valores, chegamos na equação: 
𝑌(𝑦) =
0,010662
9,81. (0,2. 𝑦)
+ (0,2. 𝑦).
𝑦
2
=
5,79𝑥10−5
𝑦
+ 0,1. 𝑦2 
 
 
 
 
 
Calculado: 
y1=0,049m Y=0,00142 
y2estimado=0,087m Y=0,00142 
 
0,00000
0,00100
0,00200
0,00300
0,00400
0,00500
0,00600
0,00700
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
Y
y (m)
0,0014
→ Perda de energia: ∆𝐻𝑅 =
(𝑦2−𝑦1)
3
4𝑦1𝑦2
 
 
Primeira leitura Segunda Leitura Estimado 
0,28m 0,37m 0,32m 
 
→ Comprimento de ressalto: 𝐿𝑅 = [5 𝑎 7]. 𝑦2 
 
Primeira leitura Segunda Leitura Estimado 
45,4cm 50,4cm [43,5 a 60,9]cm 
 
 
Conclusões e Considerações Finais 
 
 Com o vertedor abaixado, e com a declividade do canal, estavamos no regime torrencial 
(Fr > 1), e então começou a subir o vertedor e foi possível observar a formação do ressalto, onde 
houve aumento da altura d’agua. Calculando a função 𝑌 para as profundidades conjugadas em cada 
um dos dois casos realizados e comparando os valores com os pontos que os representam numa 
curva 𝑌 𝑥 𝑦 para esse canal, foi obtido um resultado muito próximo e coerente com o estudo. 
Ao calcular a altura estimada do ressalto, teve uma pequena diferença em relação aos 
medidos na primeira e na segunda leitura, o que levou a diferentes perdas de energia em cada 
situação. E também a faixa de comprimento de de ressalto. 
Concluindo então que foi possivel observar e Validar a teoria do ressalto hidráulico com 
base nas medidas obtidas em laboratório.