Caracterização do escoamento em vertedouro em degraus de inclinação 1V:0,75H com aeração induzida por defletor e câmara de ar

Abstract

Em barragens de concreto, a utilização de vertedouros em degraus aumentou com o advento construtivo do concreto compactado a rolo (CCR), a partir dos anos 70. As estruturas, responsáveis por transpor o excesso de água do reservatório para jusante, são capazes de dissipar grande parte da energia do escoamento, reduzindo custos com dissipadores. O concreto sofre com cavitação e erosão na região da calha, principalmente onde o escoamento não está aerado. A entrada de ar no escoamento permite que a mistura água-ar se torne mais compressível, absorvendo os impactos gerados pela implosão de bolhas de cavitação. Vertedouros de calha lisa utilizam sistemas aeradores para aumentar a concentração de ar no escoamento junto ao fundo. Sistemas aeradores em vertedouros em degraus são pouco utilizados atualmente, devido à ausência de informações sobre seus efeitos no escoamento. A ausência de informação sobre vertedouros em degraus com sistemas aeradores dificulta a elaboração de projetos e, por consequência, a concepção destas obras. O presente trabalho caracteriza o escoamento sobre a calha de vertedouro em degraus com aeração induzida por defletor e câmara de ar, separando-o em regiões ao longo da calha, e relaciona pressões médias com as regiões onde atuam. Através da análise de dados é possível determinar regiões do escoamento de acordo com a distribuição de pressões ao longo da calha. A sequência das regiões estudadas em modelo físico, instalado no Laboratório de Obras Hidráulicas – IPH/UFRGS permanece sempre a mesma, independentemente das vazões ensaiadas e da quantidade de ar inserida pelo sistema. Diferentes condições de entrada de ar demonstram variação localizações de algumas regiões analisadas, mantendo suas características. Maiores vazões deslocam para jusante a ocorrência dos fenômenos analisados e intensificam os valores de pressão média na calha. O presente trabalho serve como base para futuras análises de pressões instantâneas e flutuações de pressão ao longo da calha, em modelos e protótipos com aeração induzida por vertedouro em degraus.