PESQUISA DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA, TIPOS E FUNÇÕES

PESQUISA DE DISSIPAÇÃO DE ENERGIA, TIPOS E FUNÇÕES

LEANDRO MARTINIANO XIMENES

RGM:332.1353

Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de graduação de Engenharia Civil. Unigran – Dourados/MS

ÍNDICE GERAL

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................1
2. OBJETIVO........................................................................................................................1
3. TIPOS DE DISSIPADORES ................................................................................................2

1. Bacia de dissipação por ressalto hidráulico.............................................................2
2. Bacia de dissipação por impacto..............................................................................5
3. Macrorugosidades....................................................................................................6

1. CONCLUSÃO....................................................................................................................7

     1.  INTRODUÇÃO

Lencastre, 1983 define dissipação de energia como uma transformação de parte da energia mecânica da água em energia de turbulência e, no final, em calor por efeito do atrito interno do escoamento e atrito deste com as fronteiras. Existem dois tipos básicos de dissipadores de energia: ressalto hidráulico e impacto. A imagem 1 mostra o degrau negativo (drop), o dente, a saliência (end sill) e o degrau positivo.

1. OBJETIVO

O objetivo é o uso de dissipadores em obras hidráulicas de pequeno porte, que são aquelas cuja vazão específica seja menor ou igual a 8m3/s/m. Detalharemos somente as mais usadas no Brasil que são: Tipo I, Tipo III, Tipo VI e Tipo IX do USBR. Apresentaremos também o modelo de Ven Te Chow adaptado por Kokei Uehara e usado pelo DAEE de São Paulo em obras de pequeno porte. Mostraremos os desenhos esquemáticos de bacias como SAF, CSU e Contra Costa. Salientamos a importância das pesquisas feitas sobre os dissipadores que juntamente com as equações teóricas que propiciam um dimensionamento seguro dos mesmos. As escadas hidráulicas são também dissipadores de energia e devido as suas características próprias serão apresentadas em outro capítulo. O rip-rap usado como dissipador de energia também será apresentado separadamente. O autor recomenda especial atenção ao número de Froude que é muito importante em dissipadores de energia.

1

1. Tipos de dissipadores de energia

[pic 4]

Imagem 1 - Lencastre, 1983 classifica os dissipadores em 4 tipos básicos, mas salienta a existência de estruturas do tipo salto de esqui, queda livre e jatos cruzados.

3.1  Bacia de dissipação por ressalto hidráulico - A bacia de dissipação por ressalto hidráulico é um dispositivo frequentemente utilizado para

 transformar um escoamento em regime rápido num escoamento em regime lento, desde que as condições naturais de escoamento permitam a sua formação. Ao longo do tempo foram feitos inúmeros estudos relativamente ao funcionamento do ressalto hidráulico natural, isto é, formação do ressalto em fundo plano, horizontal, de revestimento relativamente liso, e secção rectangular constante, com escoamento uniforme.  Como já foi referido, o ressalto hidraulico caracteriza-se por uma transição dum escoamento em regime rápido, para regime lento. Esta mudança de regime conduz a uma perda considerável de energia, originada pelo fenómeno de turbulência descrito anteriormente.

2

 O fenómeno de dissipação causa grandes flutuações de pressão na soleira da zona onde ocorre a descarga de caudais. Assim, é necessária uma protecção do leito de modo a evitar erosões e escavações significativas. É ainda de notar que a turbulência gerada no ressalto pode originar fenómenos de cavitação no leito da secção de escoamento. A cavitação ocorre devido às flutuações bruscas de pressão. Assim que a pressão decresce para valores abaixo da pressão de vapor do fluido que se escoa, a água, formam-se bolhas de gás a uma pressão relativamente baixa, cuja deslocação e posterior colapso pode danificar seriamente  a soleira da bacia. Os efeitos verificam-se principalmente em estruturas de betão, podendo a sua degradação deixar a armadura exposta.  

As bacias de dissipação por ressalto hidráulico podem assumir diversas configurações. De acordo com o United States Bureau of Reclamation (USBR), mediante a instalação de acessórios na bacia, surgem os tipos II, III e IV, cujas características se apresentam de seguida: • Tipo II: munidas de blocos de queda e soleira terminal com dentes;

• Tipo III: munidas de blocos de queda, blocos de impacto e soleira terminal;

• Tipo IV: munidas de blocos de queda e soleira terminal.

3

 [pic 5]

[pic 6] 

Imagem 2,3 e 4 - Bacias de dissipação de energia por ressalto hidráulico propostas por USBR; (a) tipo II; (b) tipo III; (c) tipo IV (Adaptado de Pinheiro (2006)).