Quanto ao dispositivo conhecido como Calha Parshall:
Qual o propósito de se forçar a ocorrência da seção crítica na Calha?
Qual o propósito de se forçar a ocorrência da seção crítica na Calha?
Passo 1
Beleza, vamos relembrar o que o exercício tá pedindo. Ele fala da calha Parshall e pergunta: “Por que a gente força a ocorrência da seção crítica nela?”
Conteúdo: mecânica dos fluidos (escoamento em canais abertos).
O que precisamos:
Conteúdo: mecânica dos fluidos (escoamento em canais abertos).
O que precisamos:
- Entender o que é escoamento crítico (onde o número de Froude Fr = 1).
- Saber que na calha Parshall a geometria faz o canal atingir esse escoamento num ponto específico.
Passo 2
Primeiro, o que é escoamento crítico?
Num canal aberto, a velocidade média e a profundidade
definem o número de Froude:
Num canal aberto, a velocidade média
Quando
, fala-se em escoamento subcrítico (água “lenta” e controlada a jusante). Se
, é supercrítico (água “rápida”, mais controlada a montante). No exato momento em que
, a gente tem escoamento crítico e uma profundidade especial
.
Passo 3
Por que isso importa?
No escoamento crítico, a energia específica (somatório da energia cinética e potencial por unidade de peso) atinge um mínimo para uma dada vazão . A relação entre
e a profundidade
fica única e bem definida:
No escoamento crítico, a energia específica (somatório da energia cinética e potencial por unidade de peso) atinge um mínimo para uma dada vazão
(se
for a largura do canal crítico). O ponto é: medindo
, você descreve a vazão
sem ambiguidade, porque só existe uma profundidade crítica possível pra aquele
.
Passo 4
Como a calha Parshall usa isso?
Seu desenho (estreitamento seguido de alargamento) força um gargalo hidráulico onde o fluxo atinge . Esse “gargalo” fixa a seção crítica num lugar conhecido. A partir daí:
Seu desenho (estreitamento seguido de alargamento) força um gargalo hidráulico onde o fluxo atinge
- A profundidade antes do gargalo (montante) tem relação única com
. - Essa medida não “sofre” influência das condições a jusante (porque ondas de pressão não voltam no escoamento crítico).
Passo 5
Então, resumindo o propósito de forçar a seção crítica:
- Garantir uma relação unívoca entre altura d’água e vazão.
- Tornar a medição independente de variações a jusante.
- Obter uma leitura estável e confiável da vazão só medindo a profundidade na parte montante.
Resposta
Força-se a seção crítica na calha Parshall para criar um ponto de escoamento
onde a relação entre profundidade e vazão é única e imune às condições a jusante, permitindo assim medições de vazão estáveis e confiáveis apenas pela medição da profundidade.