Quando é possível um ressalto hidráulico?

O ressalto clássico exige escoamento torrencial antes do ressalto: Fr₁ > 1. Um escoamento fluvial já é governado pelas condições de jusante e não dá essa subida brusca de profundidade.

Por que o nível da água sobe e a energia cai?

O balanço de quantidade de movimento admite uma profundidade conjugada maior, mas a turbulência, o rolo e o arraste de ar dissipam energia mecânica. A energia específica cai embora a profundidade aumente.

Ressalto hidráulico

Canal retangular: número de Froude, profundidade crítica, profundidades conjugadas, perda de energia, regimes fluvial e torrencial.

A relação das profundidades conjugadas vale para o ressalto hidráulico num canal retangular horizontal. O esquema não inclui o atrito das paredes no trecho curto do ressalto, os detalhes da aeração, as seções não retangulares nem os perfis gradualmente variados.

Gráficos

Sobre o modelo

No canal aberto há superfície livre, então importam as ondas de gravidade. Num canal retangular o número de Froude Fr = V/√(g y) separa o escoamento fluvial (Fr < 1), o regime crítico e o escoamento torrencial (Fr > 1). Se um escoamento torrencial é forçado a frear, surge o ressalto hidráulico: a profundidade sobe de y₁ à profundidade conjugada y₂ e a energia mecânica se dissipa na turbulência e no arraste de ar. Calculam-se a vazão por unidade de largura, a profundidade crítica, Fr antes do ressalto, a profundidade conjugada, Fr depois do ressalto e a perda clássica de energia. Na tela, o perfil do canal e o diagrama de energia específica.

Para quem: Hidráulica da graduação: canais abertos, vertedouros, irrigação.

Conceitos-chave

número de Froude
ressalto hidráulico
profundidade conjugada
profundidade crítica
energia específica
escoamento torrencial

Como funciona

Num canal aberto retangular o regime é dado por Fr = V/√(gy): se Fr < 1 o escoamento é fluvial; se Fr > 1, torrencial. Com chegada torrencial o ressalto hidráulico passa o escoamento à profundidade conjugada y₂/y₁ = 0,5(√(1+8Fr₁²)−1), e a energia se perde como ΔE = (y₂−y₁)³/(4y₁y₂). A profundidade crítica y_c = (q²/g)^{1/3} marca o mínimo da energia específica.

Fórmulas principais

Fr = V / √(g y), yc = (q²/g)^(1/3), q = Q/b

y2/y1 = 0.5(√(1 + 8 Fr1²) − 1), ΔE = (y2 − y1)³/(4 y1 y2)

Perguntas frequentes

Quando é possível um ressalto hidráulico?: O ressalto clássico exige escoamento torrencial antes do ressalto: Fr₁ > 1. Um escoamento fluvial já é governado pelas condições de jusante e não dá essa subida brusca de profundidade.
Por que o nível da água sobe e a energia cai?: O balanço de quantidade de movimento admite uma profundidade conjugada maior, mas a turbulência, o rolo e o arraste de ar dissipam energia mecânica. A energia específica cai embora a profundidade aumente.

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