SHRHA

Laboratório de Hidraúlica
DESCRIÇÃO E FUNCIONAMENTO DO EQUIPAMENTO

Canal Grande

Trata-se de um canal de grandes dimensões que funciona em circuito fechado. A água é bombada de 2 reservatórios, situados a um nível inferior (sob o piso da zona laboratorial), com 6 m de largura, 8 m de comprimento e 2.5 m de altura, com fundo situado à cota 122.45 m. A água é bombada destes reservatórios por 4 bombas associadas em paralelo. No entanto, a instalação está preparada para a colocação de mais duas bombas, se necessário.
A ligação ao canal faz-se por uma conduta de 500 mm de diâmetro que alimenta um reservatório de dimensões 12.3 m por 3.3 m e 1.3 m de altura, com fundo situado à cota 131.42 m, acima do canal, permitindo que o nível máximo de água atinga a cota de 132.56 m. Neste reservatório existe uma estrutura "trop-plein" que mantém o nível da água constante, permitindo assim que o caudal de alimentação do canal seja constante.
O primeiro troço do canal é constituído por uma zona com 7.4 de comprimento, 1.6 m de largura e 3.0 m de altura, tem uma parte com fundo plano de comprimento 1.8 m e outra com fundo inclinado, com 3.5 m de comprimento, a partir do qual se atinge o nível do fundo da secção de estes do canal. O canal, descoberto superiormente, tem um fundo com inclinação de 0.5%, comprimento de 32.3 m e secção transversal rectangular com 1.0 m de largura e 1.33 m de altura, sendo a cota do fundo à entrada desta zona de 127.37 m.
A secção de teste tem 7 janelas em vidro, com 2.0 m de comprimento e 1.0 m de altura, para permitir a fácil visualização do escoamento e a realização de medições com recurso a equipamento óptico (por exemplo, anemometria laser Doppler). Na extremidade jusante do canal, uma comporta plana vertical, a funcionar como descarregador, permite regular a altura do escoamento e consequentemente o caudal escoado.

Canal Pequeno

O canal pequeno está orientado paralelamento ao canal grande e, para além das dimensões diferentes, funciona num circuito hidráulico semelhante e paralelo ao anterior. O canal tem 40 cm de largura, 60 cm de altura e 17 m de comprimento e inclinação regulável. O caudal é controlado por uma válvula existente a montante do canal e a comporta existente na secção da extremidade jusante permite variar a altura do escoamento. As paredes laterais do canal são em vidro, permitindo o acesso óptico e o fundo do canal, concebido em metal e perspex, está adaptado para a instalação de uma sonda óptica.

Tanque de Ondas

O tanque de ondas do Laboratório de Hidráulica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto tem 12 m de largura, 28 m de comprimento e uma profundidade máxima de 1.2 m. O tanque possui janelas nas suas paredes laterais, que permitem a observação do escoamento e a medição da velocidade do escoamento através da anemometria Laser Doppler. Um sistema de geração de ondas, do tipo pistão, permite simular agitação do tipo regular e irregular.
Podem ser montadas estuturas provisórias dentro do tanque de ondas de forma a condicionar a propragação das ondas em função do estudo a correr. É, também, possível fazer estudos 2D, colocando divisórias verticais paralelas e próximas às paredes laterais do tanque de ondas. A praia, com um desenvolvimento de 6 m e inclinação de 5%, foi construída na parede oposta ao batedor de ondas, de modo a causar a dissipação da energia da agitação e assim conduzir a reflexões da agitação desprezáveis inferiores a 5%.

Sistema de Geração de Agitação Marítima

O novo sistema de geração de agitação marítima, adquirido para o Laboratório de Hidráulica da FEUP, é um inovador sistema multielemento, que incorpora um sistema activo de absorção da reflexão.
O sistema foi concebido pela HR Wallingford (UK) e permite a simulação de vários tipos de estados de mar 2D e 3D.

Este sistema foi adquirido ao abrigo de um concurso público internacional com financiamento da Fundação para a Ciência e a Tecnologia do Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior.

O equipamento é composto por: uma unidade de controlo pelo software de geração e de aquisição e análise de sinal; pela máquina de geração propriamente dita, colocada no interior do tanque; e por sondas de níveis hidrodinâmicos para medição instantânea da elevação da superfície livre.
As suas principais características são:

é movido por acção de motores eléctricos;
opera em profundidades até 1 m;
tem incorporado um sistema activo de absorção da reflexão;
permite a geração de ondas de crista larga (2D) ou curta (3D), para estados de mar regulares e irregulares;
possui um software de aquisição e análise de dados que permite que sejam efectuadas análises espectrais, estatísticas e de reflexão, e além disso, permite a fácil exportação de dados para posterior tratamento.

Sendo composto por duas unidades modulares, com oito elementos estreitos cada, a máquina de geração torna-se bastante versátil, podendo ser movimentada no interior do tanque.
Cada uma das unidades agrega oito pás revestidas a fibra de vidro, com movimento independente entre si, podendo funcionar como um batedor serpente, permitindo a geração de ondas provenientes de uma vasta gama de rumos.
As pás encontram-se montadas sobre uma estrutura comum em aço, com as componentes electrónicas e de precisão localizadas sempre acima do nível de água. Todas as componentes são revestidas a aço anticorrosão o que assegura que a manutenção do equipamento seja bastante simples.
O movimento de cada uma das pás é accionado por um motor eléctrico e a possibilidade de movimentação lateral das pás foi minimizada de forma a prevenir fenómenos de interferência nos movimentos oscilatórios gerados.
O controle dos motores é feito por aparelhos digitais inteligentes que necessitam apenas de saber alguns parâmetros como a velocidade do motor, a corrente e a temperatura. Os controladores dos motores e toda a electrónica associada ao sistema encontram-se encerrados numa cabine montada no respectivo módulo de ondas. Por trás das pás existe um material plástico reticulado, esponjoso, que tem como função absorver ondas indesejadas. O tempo de vida do gerador está estimado em cerca de 25 anos, mas tal dependerá da utilização que lhe for dada.
Através do software HR Wave Generation Control o estado de mar pretendido é pedido sob a forma de um sinal, que é posteriormente convertido, através de uma função de transferência, em movimentos das pás. De acordo com uma outra função de transferência (quociente entre a altura da onda e a excursão da pá em função da profundidade), os movimentos das pás são convertidos em agitação marítima no interior do tanque. As sondas de níveis hidrodinâmicos aí colocadas adquirem séries temporais de valores de voltagens que, por calibração, são convertidos em registos instantâneos da elevação da superfície livre, permitindo a obtenção das características da agitação no interior do tanque.

Anemometria Laser Doppler (LDA)

Desde a década de 1980 que o Laboratório de Hidráulica investe em equipamento de alta qualidade e precisão para medições de campos de velocidade. Destacam-se aqui alguns dos equipamentos de medição por anemometria laser Doppler em operação no laboratório:

Laser Spectra Physics Stabilite 2017;
Laser Spectra Physics Model 177-60232 (2 unidades);
Dantec Fiberflow (2 componentes);
Dantec BSA F60;
Dantec BSA 57N11 Master;
Dantec LDA modular (2 componentes);
Dantec LDA modular (1 componente).

Investigações em Curso e Estudos Planeados



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O primeiro troço do canal é constituído por uma zona com 7.4 de comprimento, 1.6 m de largura e 3.0 m de altura, tem uma parte com fundo plano de comprimento 1.8 m e outra com fundo inclinado, com 3.5 m de comprimento, a partir do qual se atinge o nível do fundo da secção de estes do canal. O canal, descoberto superiormente, tem um fundo com inclinação de 0.5%, comprimento de 32.3 m e secção transversal rectangular com 1.0 m de largura e 1.33 m de altura, sendo a cota do fundo à entrada desta zona de 127.37 m. A secção de teste tem 7 janelas em vidro, com 2.0 m de comprimento e 1.0 m de altura, para permitir a fácil visualização do escoamento e a realização de medições com recurso a equipamento óptico (por exemplo, anemometria laser Doppler). Na extremidade jusante do canal, uma comporta plana vertical, a funcionar como descarregador, permite regular a altura do escoamento e consequentemente o caudal escoado. Canal Pequeno O canal pequeno está orientado paralelamento ao canal grande e, para além das dimensões diferentes, funciona num circuito hidráulico semelhante e paralelo ao anterior. O canal tem 40 cm de largura, 60 cm de altura e 17 m de comprimento e inclinação regulável. O caudal é controlado por uma válvula existente a montante do canal e a comporta existente na secção da extremidade jusante permite variar a altura do escoamento. As paredes laterais do canal são em vidro, permitindo o acesso óptico e o fundo do canal, concebido em metal e perspex, está adaptado para a instalação de uma sonda óptica. Tanque de Ondas O tanque de ondas do Laboratório de Hidráulica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto tem 12 m de largura, 28 m de comprimento e uma profundidade máxima de 1.2 m. O tanque possui janelas nas suas paredes laterais, que permitem a observação do escoamento e a medição da velocidade do escoamento através da anemometria Laser Doppler. Um sistema de geração de ondas, do tipo pistão, permite simular agitação do tipo regular e irregular. Podem ser montadas estuturas provisórias dentro do tanque de ondas de forma a condicionar a propragação das ondas em função do estudo a correr. É, também, possível fazer estudos 2D, colocando divisórias verticais paralelas e próximas às paredes laterais do tanque de ondas. A praia, com um desenvolvimento de 6 m e inclinação de 5%, foi construída na parede oposta ao batedor de ondas, de modo a causar a dissipação da energia da agitação e assim conduzir a reflexões da agitação desprezáveis inferiores a 5%. Sistema de Geração de Agitação Marítima O novo sistema de geração de agitação marítima, adquirido para o Laboratório de Hidráulica da FEUP, é um inovador sistema multielemento, que incorpora um sistema activo de absorção da reflexão. O sistema foi concebido pela HR Wallingford (UK) e permite a simulação de vários tipos de estados de mar 2D e 3D. Este sistema foi adquirido ao abrigo de um concurso público internacional com financiamento da Fundação para a Ciência e a Tecnologia do Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior. O equipamento é composto por: uma unidade de controlo pelo software de geração e de aquisição e análise de sinal; pela máquina de geração propriamente dita, colocada no interior do tanque; e por sondas de níveis hidrodinâmicos para medição instantânea da elevação da superfície livre. As suas principais características são: é movido por acção de motores eléctricos; opera em profundidades até 1 m; tem incorporado um sistema activo de absorção da reflexão; permite a geração de ondas de crista larga (2D) ou curta (3D), para estados de mar regulares e irregulares; possui um software de aquisição e análise de dados que permite que sejam efectuadas análises espectrais, estatísticas e de reflexão, e além disso, permite a fácil exportação de dados para posterior tratamento. Sendo composto por duas unidades modulares, com oito elementos estreitos cada, a máquina de geração torna-se bastante versátil, podendo ser movimentada no interior do tanque. Cada uma das unidades agrega oito pás revestidas a fibra de vidro, com movimento independente entre si, podendo funcionar como um batedor serpente, permitindo a geração de ondas provenientes de uma vasta gama de rumos. As pás encontram-se montadas sobre uma estrutura comum em aço, com as componentes electrónicas e de precisão localizadas sempre acima do nível de água. Todas as componentes são revestidas a aço anticorrosão o que assegura que a manutenção do equipamento seja bastante simples. O movimento de cada uma das pás é accionado por um motor eléctrico e a possibilidade de movimentação lateral das pás foi minimizada de forma a prevenir fenómenos de interferência nos movimentos oscilatórios gerados. O controle dos motores é feito por aparelhos digitais inteligentes que necessitam apenas de saber alguns parâmetros como a velocidade do motor, a corrente e a temperatura. Os controladores dos motores e toda a electrónica associada ao sistema encontram-se encerrados numa cabine montada no respectivo módulo de ondas. Por trás das pás existe um material plástico reticulado, esponjoso, que tem como função absorver ondas indesejadas. O tempo de vida do gerador está estimado em cerca de 25 anos, mas tal dependerá da utilização que lhe for dada. Através do software HR Wave Generation Control o estado de mar pretendido é pedido sob a forma de um sinal, que é posteriormente convertido, através de uma função de transferência, em movimentos das pás. De acordo com uma outra função de transferência (quociente entre a altura da onda e a excursão da pá em função da profundidade), os movimentos das pás são convertidos em agitação marítima no interior do tanque. As sondas de níveis hidrodinâmicos aí colocadas adquirem séries temporais de valores de voltagens que, por calibração, são convertidos em registos instantâneos da elevação da superfície livre, permitindo a obtenção das características da agitação no interior do tanque. Anemometria Laser Doppler (LDA) Desde a década de 1980 que o Laboratório de Hidráulica investe em equipamento de alta qualidade e precisão para medições de campos de velocidade. Destacam-se aqui alguns dos equipamentos de medição por anemometria laser Doppler em operação no laboratório: Laser Spectra Physics Stabilite 2017; Laser Spectra Physics Model 177-60232 (2 unidades); Dantec Fiberflow (2 componentes); Dantec BSA F60; Dantec BSA 57N11 Master; Dantec LDA modular (2 componentes); Dantec LDA modular (1 componente). Investigações em Curso e Estudos Planeados