CONDUTOS LIVRES EM REGIME UNIFORME (CANAIS) 2. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DA SEÇÃO DO CANAL

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1 CONUTOS LVRES EM REGME UNFORME (CANAS) 1. CONCETO Codutos os quais a água escoa apresetado superfície sujeita à pressão atmosférica.. ELEMENTOS GEOMÉTRCOS A SEÇÃO O CANAL B z tg α 1 z α y β z cotg β.1. Profudidade de Escoameto (y) - distâcia vertical etre o poto mais baixo da seção e a superfície livre... Área Molhada (A) - toda a seção perpedicular molhada pela água..3. Perímetro Molhado (P) - comprimeto da liha de cotoro molhada pela água..4. Raio Hidráulico (R) - relação etre a área e o perímetro molhado..5. Profudidade Média ou Profudidade Hidráulica (y m ) - relação etre a área molhada (A) e a largura da superfície líquida (B)..6. eclividade de Fudo () - tagete do âgulo de icliação do fudo do caal..7. eclividade de Superfície (J) - tagete do âgulo de icliação da superfície livre da água..8. Talude (z) - tagete do âgulo (α) de icliação das paredes do caal 1

2 3. CLASSFCAÇÃO OS ESCOAMENTOS 3.1. Em Relação ao Tempo a) Permaete ou Estacioário t 0 b) Não Permaete ou Trasitório t Em Relação ao Espaço (para um tempo t) a) Uiforme L 0 b) Não Uiforme ou Variado L Exemplos de Escoametos a) Água escoado por um coduto logo, de seção costate com carga costate Escoameto Permaete e Uiforme

3 b) Água escoado por um coduto de seção costate com carga decrescete Escoameto Não Permaete e Uiforme c) Água escoado por um coduto de seção crescete com vazão costate Escoameto Permaete e Não Uiforme d) Esvaziameto de um reservatório através de um tubo de seção costate Escoameto Não Permaete e Uiforme e) Água escoado através de um caal de mesma seção reta, mesma declividade de fudo e mesma rugosidade das paredes (caais prismáticos) Escoameto Permaete e Uiforme 4. ESCOAMENTO PERMANENTE E UNFORME Poto de vista ciemático t 0 L 0 Só ocorre em Caais Prismáticos (grade comprimeto e pequea declividade - J) 3

4 4.1. Fórmulas para o Cálculo da Veloc. Média (V) e da Vazão (Q) Fórmula de CHÉZY V C R Fórmula de BAZN C 87 R γ + R Fórmula de MANNNG C R 1/ 6 V 1 R /3 1/ ; Q A R /3 1/ 4.. Seções Trasversais Usuais Caais de Seção Qualquer 4... Caais de Máxima Vazão (Míimo Perímetro Molhado, Seção Ecoômica, Seção de Máxima Eficiêcia ou de Míimo Custo) 4

5 4..3. Velocidades Acoselháveis e cliações Admissíveis para os Taludes Qualidade da água (sedimetação de partículas) Natureza das paredes do caal Velocidade Média (V): V máx > V > V mí Cotrole da Velocidade: - fixação da relação etre as dimesões da seção - mudaça de declividade (degraus) Velocidades médias míimas para evitar depósitos: Águas com suspesões fias Águas trasportado areias fias Águas residuárias (esgotos) 0,30 m/s 0,45 m/s 0,60 m/s cliação das Paredes Laterais (seções trapezoidais) Folga dos Caais Folga de 0 a 30% após dimesioameto do caal para escoameto da vazão de projeto (alteração da largura da superfície do caal - B). Evitar trasbordameto causados por água de chuva, obstrução o caal, etc. Cotrabalaçar a dimiuição da capacidade do caal, causada pela deposição de material trasportado pela água e crescimeto da vegetação. 5

6 4.3. Velocidade Máxima e Vazão Máxima em Caal Circular B θ y 180º π rd V 1 R /3 1/ Q A R /3 1/ R 4 1 se θ θ A 8 ( θ se θ) * Para V máx θ 57º e y 0,81 * Para Q máx θ 308º e y 0,95 6

7 4.4. iagrama para Caais Circulares Fucioado Parcialmete Cheio Permite o cálculo da velocidade, raio hidráulico, vazão, etc. para seção parcialmete cheia Relação etre uma Área Molhada Qualquer (A) e a Área Molhada a Seção Plea (A o ) A 8 ( θ se θ) π A o 4 A A o 1 π ( θ se θ) Relação etre o Raio Hidráulico (R) e o Raio Hidráulico Pleo (R o ) R 4 1 se θ θ R o 4 R R o 1 se θ θ 7

8 Relação etre V e V o V V o 1 seθ θ 3 / Relação etre Q e Q o Q 1 1 Q o π θ θ seθ ( se ) θ 3 / Relação etre P e P o P θ P o π 4.5. imesioameto das Seções dos Caais (FÓRMULA E MANNNG) Q A R /3 1/ Q A P 5/3 /3 Geometria da seção do caal Seções Circulares 8

9 A 8 P θ ( θ se θ) a) Supodo cohecidos, Q, além de Q ( -se ) θ θ θ 13/3 /3 5/3 Cálculo da profudidade ormal y 1 cos θ ou θ 1 y arc cos Costrução do Ábaco Q * y b) Supodo cohecidos, Q, além de y y Q y 8/ 3 ( θ -se θ) 13/ 3 /3 θ 5/3 Atribuido-se valores a y / calcula-se θ θ 1 y arc cos 9

10 Costrução do Ábaco y Q * y ÁBACO X: Solução dos problemas de escoameto uiforme em codutos circulares, quado se deseja cohecer y ou Seções Trapezoidais e Retagulares a) etermiação da Largura de Fudo (b) Supõe-se cohecidos, Q,, z e y Q A P 5/3 /3 A y (b+ z y ) P b+ y z +1 Q y b y b y + z 53 / + z / Costrução do Ábaco Q y * y b (ÁBACO V) 10

11 b) etermiação da Profudidade Normal (y ) Supõe-se cohecidos, Q,, z e b Q b 53 / y z y + 1 b b y 1+ z + 1 b 3 / Costrução do Ábaco Q b * y b (ÁBACO V) Seção Triagular Supõe-se cohecidos, Q,, z (úica icógita: y ) Q A P 5/3 /3 A z y P y z +1 Q y z 53 / ( z + 1) 3 / Costrução do Ábaco Q y * z (ÁBACO V) 11