Análise de fenômenos hidráulicos : emprego de câmera de alta velocidade

Abstract

Na busca pela compreensão e entendimento de uma infinidade de fenômenos físicos, o primeiro enfoque se dá através da observação deste fenômeno. Após, busca-se uma forma de registrar as informações obtidas através dessa observação. A visualização de escoamentos é uma técnica utilizada desde os primórdios da Engenharia e, com o passar dos anos, entram na pauta dos estudos técnicos fenômenos cada vez mais complexos, que exigem uma grande quantidade de dados para permitir estudos conclusivos. Neste viés, o presente trabalho se propõe a avaliar a eficiência e eficácia da câmera de vídeo de alta velocidade como ferramenta de análise do fenômeno hidráulico que ocorre instantaneamente após a ruptura de uma barragem hipotética. Esta abordagem se dá através de dois tipos de filmagens do fenômeno, uma utilizando câmera de alta velocidade (capta uma alta taxa de quadros por segundo, em torno de 500 a 1200) e outra com uma câmera comum, que capta 24 quadros por segundo. Assim, é desenvolvida uma metodologia de filmagem e através das imagens geradas é possível definir parâmetros geométricos e cinemáticos da onda de ruptura. Esses parâmetros são comparados entre si. A ruptura da barragem é feita através de um modelo de uma barragem hipotética. Em um canal de pequeno porte, com 4,0 x 0,12 x 0,40 metros e inclinação de 1,2°, foi instalada uma placa de acrílico, a uma distância de 2,46 metros do início do canal. Essa placa replica o barramento de um curso de água e quando retirada abruptamente simula o rompimento instantâneo de uma barragem. Ao todo foram registrados experimentos com 6 diferentes configurações, onde houve uma variação do nível de água a montante (5 a 30 cm) e a jusante (0 a 5 cm), gerando 21 cenários de simulação. Os vídeos foram registrados em formato digital e depois tratados com softwares de computador. Os resultados apresentaram que em menos de dois décimos de segundo foi formada uma onda em formato de cunha que avança com velocidade que varia de acordo com a altura do nível da água no barramento, na ordem de 1 metro por segundo. Apenas as imagens provindas da câmera de alta velocidade permitiram a avaliação do tempo dispendido na retirada da placa, identificação do ponto de estabilização da onda, identificação da evolução das formas iniciais da onda (logo após a ruptura) e avaliação da velocidade instantânea de propagação. Por fim, é possível concluir que este evento é muito veloz para ser compreendido apenas pela visão humana, e nesse ponto é onde se destaca a utilização da câmera de alta velocidade como suporte de análise para o fenômeno hidráulico em questão.