canais ressalto

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Condutos Livres Canais – Ressalto Hidráulico Disciplina: CIV271 - HIDRÁULICA Curso: ENGENHARIA AMBIENTAL ESCOLA DE MINAS - UFOP Ouro Preto / 2010

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Page 1: Canais Ressalto

Condutos LivresCanais – Ressalto Hidráulico

Disciplina: CIV271 - HIDRÁULICA

Curso: ENGENHARIA AMBIENTAL

ESCOLA DE MINAS - UFOP

Ouro Preto / 2010

Page 2: Canais Ressalto

2Canais – Ressalto Hidráulico

� Canais – Ressalto Hidráulico:

� Introdução:

� Conceituação – Ressalto hidráulico

� Descrição do fenômeno

� Tipos de ressalto hidráulico

� Força específica

� Determinação das alturas conjugadas do ressalto:

� Canais retangulares

� Canais não retangulares

� Solução gráfica – canais trapezoidais

� Outras características do ressalto hidráulico

� Perda de carga no ressalto

� Comprimento do ressalto

� Eficiência do ressalto

� Relação entre as curvas (y x E) e (y x F) para um ressalto

Page 3: Canais Ressalto

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� Introdução:

� Conceituação – Ressalto hidráulico:

� Ocorre na transição de um escoamento supercrítico para um subcrítico;

� Ocorre elevação brusca do nível d’água, sobre curta distância;

� Há instabilidade na superfície com ondulações e “rolos” responsáveis por incorporação de ar no escoamento;

� Ocorre considerável perda de energia em função da grande turbulência;

� Assume posição fixa (onda estacionária) a jusante de uma comporta de fundo ou ao pé de um vertedor de barragem;

� Empregado como dissipador de energia, para evitar erosão de leitos naturais, a jusante de obras hidráulicas;

� Empregado como elemento de mistura rápida de substâncias em calhas Parshall na entrada de ETA’s.

Canais – Ressalto Hidráulico

Page 4: Canais Ressalto

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� Introdução:

� Descrição do fenômeno:

Ressalto hidráulico em canais horizontais ou de pequena declividade:

- y1 e y2 – alturas ou profundidades conjugadas do ressalto hidráulico;

- hj = y2 – y1 – altura do ressalto (importante indicador do potencial de dissipação de energia);

- ∆∆∆∆E = E1 – E2 – perda de carga no ressalto.

Canais – Ressalto Hidráulico

Page 5: Canais Ressalto

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� Tipos de ressalto hidráulico:

O aspecto físico do ressalto varia com o no. de Froude da seção de montante Fr1:

- 1,0 < Fr1 < 1,7: Ressalto ondulado; transição gradual torrencial para fluvial; pouco eficiente;

- 1,7 < Fr1 < 2,5: Ressalto fraco; aspecto ondular; zonas de separação na superfície; pouco eficiente;

- 2,5 < Fr1 < 4,5: Ressalto oscilante; aspecto típico; tendência de deslocar-se para jusante;

- 4,5 < Fr1 < 9,0: Ressalto estacionário; domínio de aplicação em obras hidráulicas; dissipação entre 45% e 70% de E1;

- Fr1 > 9,0: Ressalto forte; efeitos colaterais – processos erosivos ou mesmo cavitação.

Canais – Ressalto Hidráulico

Page 6: Canais Ressalto

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� Força específica:

Devido à brusca mudança da força hidrostática entre as seções extremas do ressalto, aplica-se o Teor. da Quantidade de Movimento ao volume de controle (Fig. 11.1), que se escreve como:

Sendo as forças hidrostáticas do tipo

Vem, após divisão por γγγγ:

Definido-se como força específica ou impulsão total a função

observa-se que, no ressalto hidráulico:

A função (y x F) encontra-se representada na Fig. 11.3.

Canais – Ressalto Hidráulico

( )

−=−=−

A

1

A

1QρVVρQFF

12

21221

AzγF =

AygA

QAy

gA

Q22

2

2

111

2

+=+

( ) AygAQ

yF2

+=

( ) ( )yFyF 21 =

Page 7: Canais Ressalto

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� Determinação das alturas conjugadas do ressalto:

� Canais retangulares:

Para canais retangulares, a equação da força específica escreve-se:

Após desenvolvimento e simplificação, obtém-se, para y1 ≠≠≠≠ y2:

Lembrando que Fr2 = q2/gy3, as raízes da equação anterior, com

significado físico, são, conhecendo-se y1:

Ou, conhecendo-se y2:

� Canais não retangulares:

Para canais não retangulares, desenvolvem-se expressões adimensionais que relacionam as alturas conjugadas com o número de Froude da seção de montante do ressalto.

Canais – Ressalto Hidráulico

2

y

ygq

2

y

ygq

22

2

221

1

2

+=+

0g

2qyyyy

2

122

212 =−+

( )1Fr812

yy 2

11

2 −+=

( )1Fr812

yy 2

22

1 −+=

Page 8: Canais Ressalto

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� Determinação das alturas conjugadas do ressalto:

� Canais trapezoidais simétricos:

Neste caso, obtém-se uma relação entre os adimensionais:

em que:

Esta relação apresenta-se em forma de gráfico na Figura 11.4:

Canais – Ressalto Hidráulico

( )M,FrΦy

yY 1

1

2 ==

b

yzM 1=

Page 9: Canais Ressalto

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� Outras características do ressalto hidráulico:

� Perda de carga no ressalto:

Para o ressalto ocorrendo sobre fundo plano:

Para canais retangulares, obtém-se após desenvolvimento:

� Comprimento do ressalto:

Não pode ser estabelecida analiticamente uma expressão para Lj.

Para seções retangulares, Lj ≅≅≅≅ 6y2. A Fig. 11.6 apresenta a relação Lj/y2 = φφφφ(Fr1):

Canais – Ressalto Hidráulico

+−

+=−==

2gVy

2gVyEE∆Eh

22

2

21

121p

( )yy4

yy∆E

21

123

−=

Page 10: Canais Ressalto

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� Outras características do ressalto hidráulico:

� Eficiência do ressalto:

É a capacidade de dissipação de energia mecânica do escoamento e é dada por:

� Relação entre as curvas (y x E) e (y x F) => Fig. 11.6:

Não se deve confundir as alturas alternadas (escoamentos

recíprocos) com as alturas conjugadas do ressalto. Devido à perda de carga no ressalto ∆∆∆∆E, y2 < a altura alternada de y1

(y’2).

Canais – Ressalto Hidráulico

E

∆Eη

1

=