canais ressalto
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Condutos LivresCanais – Ressalto Hidráulico
Disciplina: CIV271 - HIDRÁULICA
Curso: ENGENHARIA AMBIENTAL
ESCOLA DE MINAS - UFOP
Ouro Preto / 2010
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
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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
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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
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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
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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 =
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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 −+=
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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=
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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
−=
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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
=