INFLUÊNCIA DE EFEITOS HIDRÁULICOS DISTINTOS NA AVALIAÇÃO DAS PRESSÕES
MÉDIAS ATUANTES EM BACIAS DE DISSIPAÇÃO POR RESSALTO HIDRÁULICO
Comitê Brasileiro de BarragensVIII Simpósio sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas
Porto Alegre – RS – 01 a 04 de maio de 2012
POR RESSALTO HIDRÁULICO
Mauricio Dai Prá (UFPel)Aline Saupe Abreu (UFPel)Rafael André Wiest (CEEE)Marcelo Giulian Marques (UFRGS)
Introdução; Objetivo;
TÓPICOS
Objetivo; Revisão bibliográfica; Resultados e discussões; Conclusões; Trabalhos Futuros.
INTRODUÇÃO
A construção de barramentos traz preocupações de ordemtécnica notadamente com relação à estabilidade do maciço,uma vez que um eventual rompimento pode acarretarconsequências desastrosas;consequências desastrosas;
A garantia da estabilidade do maciço passa pela adoçãocuidadosa e criteriosa de parâmetros de projeto quando dasua concepção;
O sistema extravasador e a solução de dissipação deenergia adotada passa a ser o foco principal de interesse,especificamente, aqui, os dissipadores por ressaltohidráulico;
INTRODUÇÃO
hidráulico;
A identificação e previsão das pressões médias, flutuantes eextremas no ressalto hidráulico deve ser conduzida emlaboratório visando fornecer subsídios para o projeto deestruturas hidráulicas.
Avaliar as pressões médias atuando junto ao piso de bacias
OBJETIVO
Avaliar as pressões médias atuando junto ao piso de baciasde dissipação por ressalto hidráulico, a partir de umaabordagem que considera o ressalto hidráulico como umacomposição de efeitos hidráulicos identificadosindividualmente a partir de distintas condições deescoamento.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESSALTO HIDRÁULICO:Aspectos Gerais
Fenômeno rapidamente variado responsável pela transição Fenômeno rapidamente variado responsável pela transiçãodo regime rápido para o regime lento em escoamentos asuperfície livre.
Fenômeno hidráulico ao qual estão associados altos níveisdissipativos e partir de componentes dinâmicas de pressõese velocidades.
RESSALTO HIDRÁULICO:Aspectos Gerais
Transição intensamente turbulenta, com forte incorporação
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Transição intensamente turbulenta, com forte incorporaçãode ar e consequente oscilação nos níveis d’água.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESSALTO HIDRÁULICO:Aspectos Gerais
Classificação quanto à posição. Classificação quanto à posição.
RESSALTO HIDRÁULICO:Pressões Médias, Flutuantes e Extremas
Representam os esforços atuantes sobre a bacia de
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Representam os esforços atuantes sobre a bacia dedissipação.
Flutuações de pressão: originária da característicaturbulenta do ressalto hidráulico.
Reflete o processo de dissipação de energia ao longo doressalto hidráulico.
RESSALTO HIDRÁULICO:Pressões Médias, Flutuantes e Extremas
Marques et al. (1996) – adoção de parâmetros
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Marques et al. (1996) – adoção de parâmetrosadimensionais para avaliar os esforços de pressão embacias de dissipação, associando as pressões médias com aaltura conjugada rápida e as flutuações de pressão com aperda de carga ao longo do ressalto.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1- Máxima flutuação de
pressão
Pressões Médias
3- Final do rolo
2- Ponto de descolamento
pressão
4- Final do ressalto
1 2 3 4
−=
−−
121
12
1
YYX
fYYYPx
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
1- Máxima flutuação de
pressão
Flutuações de Pressão
3- Final do rolo
2- Ponto de descolamento
pressão
4- Final do ressalto
1 2 3 4
−=
σ
122
1
2X
YYX
fYY
Ht
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESSALTO HIDRÁULICO:Pressões Médias, Flutuantes e Extremas
Marques (1999) – fator de submergência (S) na análise da Marques (1999) – fator de submergência (S) na análise dadistribuição longitudinal das pressões médias e flutuantes,agrupando situações de ressaltos hidráulicos tipos A e B.
2YTw
S =
−−
=ΨTw
Y
YY
YPx 2
12
1
σ=ΩTw
Y
Y
Y
Htx 2
1
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
RESSALTO HIDRÁULICO:Pressões Médias, Flutuantes e Extremas
Teixeira (2003) – apresenta o coeficiente estatístico de Teixeira (2003) – apresenta o coeficiente estatístico dedistribuição de probabilidades (N) para determinação depressões extremas com distintas probabilidades.
Wiest (2008) – identifica a importância do estabelecimentoda posição de início do ressalto hidráulico tipo B e incorporaefeitos da curva de concordância vertical.
XX%X .NPP σ±=
ESCOAMENTO LIVRE:Curva de Concordância Vertical
Chow (1959) – abordagem clássica das pressões médias
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Chow (1959) – abordagem clássica das pressões médiascomo somatório de uma parcela hidrostática (Ps) e outradevida à força centrífuga (Pc).
PcPsP ±=
YPs γ=
RV
gY
Pc2γ=
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
ESCOAMENTO LIVRE:Curva de Concordância Vertical
LinFu e Jie (1985) – avaliam teoricamente as pressões na
YHP
Cp CMCM −
γ=
LinFu e Jie (1985) – avaliam teoricamente as pressões nacurva de concordância devida à força centrífuga a partir deum coeficiente de pressão.
Os trabalhos experimentais foram desenvolvidos noLaboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricosda Eletrobrás Furnas;
MATERIAIS E MÉTODOS
Estrutura com perfil vertente livre, sem comportas e sempilares com toda a largura do canal de ensaios e com pisohorizontal a jusante, sem a presença de soleira terminal;
Característica DimensãoVolume da cuba de tranquilização (m³) 15
Comprimento total do canal de aproximação (m) 10Comprimento total da bacia de dissipação (m) 12
MATERIAIS E MÉTODOS
Comprimento total da bacia de dissipação (m) 12
Comprimento da zona de medição na bacia de dissipação (m) 3,250
Largura do canal de aproximação e da bacia de dissipação (m) 1,150
Desnível entre a soleira do vertedouro e a bacia de dissipação (m) 0,562
Desnível entre a soleira do vertedouro e o piso do canal de aproximação (m)
0,375
Equação do perfil vertente tipo Creager (m) Y = -0,9686.X1,85
Raio da curva de concordância vertical (m) 0,390Concordância entre o perfil vertente e a curva de concordância
vertical (graus)45o (1:1)
As pressões médias e os níveis médios d’água foramtomadas em 20 posições fixas ao longo de um únicoalinhamento longitudinal centralizado na largura do canal;
MATERIAIS E MÉTODOS
12
0.101 0.202 0.303
3.235
0.37
5
0.56
3
R0.
3901
1
Y= -0,9686.X
MATERIAIS E MÉTODOS
Condições de Ensaio:
Vazões:
(43 < q < 217 L/s/m)(43 < q < 217 L/s/m)
Submergências:
(1,1 < S < 1,7)
Pre
ssõe
s M
édia
s
Pressões MédiasEfeitos Dissociados e Sobrepostos
MATERIAIS E MÉTODOS
DISSOCIAÇÃO DE EFEITOS
Pre
ssõe
s M
édia
s
Curva de Concordância Vertical e Bacia de Dissipaçã oEfeitos Sobrepostos
Escoamento Livre sobre a Bacia de Dissipação
Curva de Concordância Vertical
Ressalto Hidráulico Clássico - Tipo A
Submergência do Ressalto Hidráulico
0,8
1,0
1,2Fr = 9,26 (Dai Prá, 2011)Fr = 7,53 (Dai Prá, 2011) g2
V5,0Lc
21=
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Curva de Concordância Vertical
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Cp
C/ C
pC
M
L / [ V 12/(2.g) ]
Fr = 6,90 (Dai Prá, 2011)Fr = 5,74 (Dai Prá, 2011)Fr = 4,97 (Dai Prá, 2011)Fr = 4,38 (Dai Prá, 2011)
g2
743,01
CM LcY
05,1Cp−
=
YHP
Cp CMCM −
γ=
+=ΨPx
PcPsC
0,04
0,05
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Curva de Concordância Vertical
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
KC. ΨΨ ΨΨ
C
Y/R
Dai Prá (2011) - P1Dai Prá (2011) - P2Dai Prá (2011) - P3
RY
41
K CC =Ψ
( ))(sen1Fr
)cos(K
21
Cβ+
α=
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Ressalto Hidráulico Livre (Tipo A)
1,2
12
LR YY
PxPx−
γ−γ=Ψ
+Γπ=Ψ 566,12688,30
2senR
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ΨΨ ΨΨR
ΓΓΓΓ
Fr = 9,26 (Dai Prá, 2011)Fr = 7,53 (Dai Prá, 2011)Fr = 6,90 (Dai Prá, 2011)Fr = 5,74 (Dai Prá, 2011)Fr = 4,97 (Dai Prá, 2011)Fr = 4,38 (Dai Prá, 2011)
0,300,350,400,45
−γ−γ=Ψ
12
AA YY
PxPx
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Afogamento do Ressalto Hidráulico
0,000,050,100,150,200,250,30
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
ΨΨ ΨΨA
. KA
ΓΓΓΓFR=7,56 - S=1,12 FR=7,79 - S=1,18 FR=6,73 - S=1,29 FR=6,21 - S=1,39FR=6,00 - S=1,60 FR=5,14 - S=1,78 FR=7,20 - S=1,10 FR=6,43 - S=1,19FR=5,43 - S=1,31 FR=5,53 - S=1,44 FR=4,75 - S=1,62 FR=5,71 - S=1,12FR=5,09 - S=1,20 FR=4,87 - S=1,34 FR=4,33 - S=1,46 FR=4,91 - S=1,10FR=4,42 - S=1,18 FR=3,91 - S=1,32 FR=3,52 - S=1,42 FR=4,34 - S=1,09FR=3,95 - S=1,18 FR=3,41 - S=1,31 FR=3,72 - S=1,10 FR=3,45 - S=1,16
− 12 YY
25,0
A 1S1
1S1
K
+
−=
2AA.314,01
.361,0K.
Γ+Γ=Ψ
Os efeitos da curva de concordância sobre as pressõesmédias estendem-se ao longo de uma distância equivalentea 50% da energia cinética do escoamento, a partir do pontocentral da curva de concordância.
CONCLUSÕES
central da curva de concordância.
Estabelecimento de um fator de correção para adeterminação das pressões médias na curva deconcordância vertical.
( ))(sen1Fr
)cos(K
21
Cβ+
α=
Comportamento semelhante entre as pressões médias e osníveis médios da superfície livre d’água ao longo da baciade dissipação.
CONCLUSÕES
A dissociação dos efeitos da curva de concordância verticale do escoamento em regime rápido sobre a bacia dedissipação diminuiu a dispersão dos dados nas seçõesiniciais do ressalto hidráulico.
A influência do ressalto hidráulico sobre as pressões médiasatuantes na estrutura estende-se até posição adimensionalΓ = 8.
CONCLUSÕES
O comportamento longitudinal das pressões médias devidasao afogamento do ressalto mostrou-se função exclusiva dofator de submergência (S=Tw/Y2) e apresentou crescimentoacentuado até a posição de máxima flutuação de pressãona posição adimensional Γ = 1,75.
CONCLUSÕES
0,350,400,450,50
0,25
0,30
0,35
0,000,050,100,150,200,250,300,35
-0,3 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8
P/ γγ γγ
(mH
2O)
X (m)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
-0,3 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8
P/ γγ γγ
(mH
2O)
X (m)
Fr1 = 4,91; S=1,10 Fr1 = 3,52; S=1,42
Estimativas adequadas para menores números de Froude emenores submergências.
CONCLUSÕES
Diferenças percentuais entre os resultados experimentais eestimados crescentes com o aumento da submergência.
Submergências superiores a 1,5 apresentam valoressuperestimados na região da curva de concordância verticale subestimados na região a jusante.
OUTROS RESULTADOS
Ánálise semelhante para as flutuações de pressão;
Metodologia para determinação da posição de início do Metodologia para determinação da posição de início doressalto hidráulico;
Metodologia para determinação de pressões com distintasprobabilidades de ocorrência a partir da avaliaçãoindividualizada de efeitos hidráulicos (coeficiente N);
ESTUDOS FUTUROS
Análise da linha de separação do escoamento (escoamentoprincipal x rolo).
Avaliação das pressões flutuantes no domínio dasfrequências.
Incorporação de parâmetros bifásicos na análise dos dadosexperimentais.
Instituto de Pesquisas Hidráulicas da UFRGS
Laboratório de Hidráulica Experimental e
AGRADECIMENTOS
Laboratório de Hidráulica Experimental e Recursos Hídricos da “Eletrobrás – Furnas”
Universidade Federal de Pelotas
Contatos: [email protected]