11h10 INFLUÊNCIA DE EFEITOS HIDRÁULICOS DISTINTOS … extremas no ressalto hidráulico deve ser conduzida em laboratório visando fornecer subsídios para o projeto de estruturas

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.


Transição intensamente turbulenta, com forte incorporação


Transição intensamente turbulenta, com forte incorporaçãode ar e consequente oscilação nos níveis d’água.



Classificação quanto à posição. Classificação quanto à posição.

RESSALTO HIDRÁULICO:Pressões Médias, Flutuantes e Extremas

Representam os esforços atuantes sobre a bacia de


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.


Marques et al. (1996) – adoção de parâmetros


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.


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


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



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



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


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=


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


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;


12

0.101 0.202 0.303

3.235

0.37

5

0.56

3

R0.

3901

1

Y= -0,9686.X


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


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


-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



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=


Escoamento na Bacia de Dissipação

−=

−−

1212

1 0028,0YY

X

YY

YY


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


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]

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11h10 INFLUÊNCIA DE EFEITOS HIDRÁULICOS DISTINTOS … extremas no ressalto hidráulico deve ser conduzida em laboratório visando fornecer subsídios para o projeto de estruturas