Avaliação hidráulica de escoamento livre com mudanças de direção com o auxílio de modelo experimental

dc.creatorAndré Lara Barata
dc.date.accessioned2025-07-09T15:13:47Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:55:02Z
dc.date.available2025-07-09T15:13:47Z
dc.date.issued2025-04-24
dc.description.abstractSurface water drainage structures are common in Brazil’s mining sector, often found in waste dumps, dams, pits, and other structures. The geometries of these structures can be influenced by various field conditions, such as earthwork constraints and/or available space. Sharp bends are commonly used to overcome these difficulties. This study explores open channel flow in sharp bends to identify the most efficient bend geometries from the flow depth increase and disturbance propagation perspective, contributing to improved hydraulic design in practical applications. An experimental model was constructed to study the phenomenon at the Centro de Pesquisas Hidráulicas (CPH) of the Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). The model consists of an acrylic channel with a width of 15 centimeters and a height of 35 centimeters, with bends at different angles (45º, 60º, and 90º) that, combined with the use of false channel beds to simulate steps and sills before and after each deflection, allow for various geometric configurations. Multiple angle records of the experiments were analyzed using a computational tool developed in Python programming language based on motion detection models to measure the flow depth, enabling the comparison of flow behavior across the different geometric configurations. Results show that both the channel bed geometry and the bend angle significantly impact flow behavior at sharp bends. In some cases, maximum depths observed at the bend reached up to five times the approach depths. Additionally, phenomena such as recirculation vortices, separation zones, and hydraulic jumps were identified in multiple tests. Regarding disturbance propagation, geometries B (step upstream and smooth bed downstream) and C (step upstream and sill downstream) exhibited the best performances upstream and downstream of the bend, respectively. Smoother deflection angles cause maximum depths further downstream, and disturbances propagate over longer distances. The results highlight the need for each practical scenario to be carefully evaluated before determining the most adequate geometry according to the desired design objectives.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.description.sponsorshipFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/83450
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia sanitária
dc.subjectRecursos hídricos - Desenvolvimento
dc.subjectÁgua - Escoamento
dc.subjectDrenagem - Projetos
dc.subjectModelos e construção de modelos
dc.subject.otherMudança de direção
dc.subject.otherEscoamento livre
dc.subject.otherAnálise de vídeo
dc.subject.otherDrenagem superficial
dc.subject.otherModelagem experimental
dc.titleAvaliação hidráulica de escoamento livre com mudanças de direção com o auxílio de modelo experimental
dc.title.alternativeHydraulic evaluation of open channel flow in sharp bends through experimental modelling
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Jorge Luis Zegarra Tarqui
local.contributor.advisor1Edna Maria de Faria Viana
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6000983211838155
local.contributor.referee1Gustavo Meirelles Lima
local.contributor.referee1Aloysio Portugal Maia Saliba
local.contributor.referee1Maurício Dai Prá
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3427745920412871
local.description.resumoEstruturas de drenagem superficial são comuns no contexto da mineração no Brasil, sendo encontradas em pilhas de estéril, barragens, cavas e outras estruturas. Suas geometrias podem ser influenciadas por diversas condições de campo, como restrições de terraplenagem e espaço disponível. Dessa forma, é comum utilizar dispositivos de mudança de direção, ou deflexões, para contornar essas dificuldades. Este estudo investiga o escoamento livre em mudanças de direção em canais de drenagem superficial, buscando melhor compreender o comportamento do escoamento nesse tipo de estrutura, com o objetivo de identificar as geometrias mais eficientes do ponto de vista de variação de profundidade e perturbações causadas no escoamento, contribuindo para um melhor dimensionamento hidráulico em aplicações práticas. Para o estudo do fenômeno, foi utilizado um modelo experimental, construído no Centro de Pesquisas Hidráulicas (CPH) da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Se trata de um modelo de um canal em acrílico, com 15 centímetros de largura e 35 centímetros de altura, com peças de deflexão em diferentes ângulos (45º, 60º e 90º) que, juntamente com a utilização de fundos falsos para simular degraus e soleiras antes e depois de cada deflexão, permitem múltiplas configurações geométricas. Os experimentos foram filmados por múltiplos ângulos e as medições feitas posteriormente à realização dos testes, por meio de análise de vídeo. Para essa análise, desenvolveu-se uma ferramenta computacional em linguagem de programação Python, baseada em modelos de detecção de movimento para medir a profundidade do escoamento. Dessa forma, foi possível comparar o comportamento do escoamento em cada configuração geométrica. Os resultados obtidos mostram que a geometria do fundo do canal impacta significativamente o comportamento do escoamento nas deflexões, assim como o ângulo de deflexão, tendo sido observadas, em alguns casos, profundidades máximas na deflexão da ordem de cinco vezes as de aproximação. Além disso, foram identificados fenômenos como vórtices de recirculação, zonas de separação e ressaltos hidráulicos em múltiplos testes. Em relação à propagação de perturbações, concluiu-se que as geometrias B (degrau a montante e fundo liso a jusante) e C (degrau a montante e soleira a jusante) apresentaram os melhores desempenhos, a montante e jusante da deflexão, respectivamente. Também foi possível concluir que ângulos mais suaves de deflexão fazem com que as profundidades máximas ocorram mais a jusante e as perturbações se propaguem por maiores distâncias. Os resultados reforçam a necessidade de se avaliar cada cenário prático antes de definir a configuração mais adequada, de acordo com os objetivos almejados no dimensionamento.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos

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