Implementação de um aparato experimental para medição de instabilidade em superfície livre com fluido não-Newtoniano - Cunha, Evandro Fernandes da (2018)
Esta tese de doutorado traz uma abordagem experimental sobre mecanismos de geração, desenvolvimento e propagação em canal de instabilidade na superfície livre de um escoamento de fluido não-Newtoniano. Estas instabilidades, quando evoluem para um padrão estável, exibem comprimento, amplitude e celeridade bem definidos, sendo denominadas roll waves. Na literatura existe uma lacuna no que diz respeito às medições destes fenômenos em condições controladas de laboratório, e com pouquíssimos registros, quando presentes em eventos naturais. Assim, buscou-se neste trabalho projetar e implementar um aparato experimental operacional e de baixo custo com o objetivo de gerar e aferir tais instabilidades, sob condições controladas e sem a influência de vibrações externas (canalete posicionado sobre uma mesa inercial), seguindo metodologia de ensaio proposta e testada. O fluido teste utilizado foi o gel de carbopol 996, que apresentou boa estabilidade e propriedades reológicas aderentes ao modelo de Herschel-Bulkley, tal qual as lamas encontradas em pés de barragens, lamas oriundas de fluxos hiperconcentrados ou de corridas propriamente ditas. Um sistema de sucção-recalque, através de uma bomba hidráulica de cavidade progressiva, impulsionava o gel para o canal de ensaio, garantindo fluxo contínuo do material em regime de recirculação. Para gerar as instabilidades na superfície livre, foi imposta, a montante do canal, uma perturbação, por meio de um pulso de ar controlado em intensidade e frequência. Após evolução e estabilização, a onda (roll wave) era aferida por meio de sistema de medição ultrassônico na configuração de pulso-eco e, seguindo metodologia inovadora proposta nesta tese, por meio de técnica fotométrica em função da absorção luminosa de um corante (azul de metileno) adicionado ao fluido teste em escoamento. Para confirmação da qualidade dos resultados obtidos pela aplicação das técnicas de medição experimental, foram feitas confrontações entre as técnicas experimentais propostas e entre estas e um modelo numérico, desenvolvido pelo grupo de pesquisa. Por fim, foram testados dois estudos de caso de formação e propagação de roll waves no canal, o primeiro visando a obtenção e tratamento das amplitudes em diversos pontos ao longo do canal, e, no segundo, a influência da frequência de perturbação sobre a amplitude da roll wave, todos para cenários experimentais com números de Froude superiores ao Froude mínimo, condição necessária à geração do fenômeno.