Influência da aeração induzida por pilares no escoamento sobre vertedouros em degraus

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Priebe, Priscila dos Santos
• Orientador(a): Marques, Marcelo Giulian
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Vertedouro em degraus; Cavitacao; Aeração; Modelos físicos; Pressão da água
• Palavras-chave em Inglês: Pre-aeration; Pillars; Deflector; Pressures; Aerated flows.
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/211264

Vertedouros em degraus apresentam vantagens quando comparados aos vertedouros com calha lisa, em virtude da macrorrugosidade imposta pelos degraus, que faz com que uma maior quantidade de ar seja incorporada ao escoamento. Apesar das suas vantagens, os vertedouros em degraus estão limitados a vazões específicas da ordem de 15 a 20 m³/s/m, devido ao risco de ocorrência de cavitação nos degraus em escoamentos com maiores vazões. Como há demanda por vertedouros com possibilidade de extravasamento de maiores vazões, procurou-se aumentar a concentração de ar do escoamento, através da aeração induzida, para, assim, reduzir o risco de ocorrência de cavitação nos degraus. Desta forma, o objetivo deste trabalho é avaliar as características do escoamento e os esforços hidrodinâmicos em vertedouros em degraus com aeração induzida por pilares e pilares + defletores, através da análise experimental das pressões médias, flutuações de pressões e pressões extremas máximas e mínimas atuantes nas quinas dos degraus ao longo da calha, comparando com a aeração natural do escoamento. Os estudos experimentais deste trabalho foram desenvolvidos em dois modelos físicos de vertedouros em degraus com escala de 1:10 e declividade de 1V:0,75H. O modelo do vertedouro em degraus instalado no Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH I) possui degraus com altura de 0,06 m e a largura da calha de 0,40 m e o outro modelo, instalado no Laboratório de Hidráulica Experimental de FURNAS Centrais Elétricas (LAHE), possui degraus com altura de 0,09 m e calha com largura de 1,15 m. Para caracterizar a aeração induzida foram instalados pilares nas laterais a partir do início da ogiva até o primeiro degrau e defletores no primeiro degrau da calha. No modelo do LOH I foi instalado um único defletor com espessura de 6 mm e no modelo do LAHE foram instalados defletores com espessuras de 0, 3, 6 e 9 mm. A partir da análise visual do comportamento do escoamento verificou-se que, independente do modelo físico, a aeração induzida por pilares e defletores permitiu a incorporação de ar na parte inferior do escoamento a montante da região em que ocorre a aeração superficial. No entanto, para o modelo do LOH I, em virtude da distância entre pilares ser pequena, a concentração de ar é maior, quando comparado ao modelo do LAHE, que possui uma distância entre pilares representativa da distância em protótipos. E, isso influenciou as cargas de flutuações de pressões e de pressões extremas mínimas e máximas, as quais foram atenuadas nessa região, quando comparada à aeração natural, para o modelo do LOH I. No modelo do LAHE, através da análise visual do escoamento, constatou-se que a aeração induzida por pilares apresentou concentração de ar inferior mais uniforme a partir do início da calha em degraus, quando comparada às configurações de aeração induzida com pilares + defletores, as quais são caracterizadas pela formação de um jato, que é lançado sobre os degraus, aeração inferior e aeração superficial do escoamento. As cargas de pressões apresentaram-se mais extremas, quando comparada à aeração natural, até a região de início de aeração superficial do escoamento, no entanto, a concentração de ar na parte inferior do escoamento, que está em contato com a estrutura, aumentou, e isso, pode proteger o concreto de possíveis danos por cavitação, porém, é necessário realizar análises de concentração de ar no escoamento.