HIDRÁULICA Condutos Livres ou canais

Transcrição

1 HIDRÁULICA Condutos Livres ou canais -Aqueles em que o escoamento ocorre à pressão atmosférica local. - Seção transversal é aberta ou fechada. - Denominados condutos livres (Canais) - O que são condutos livres?

2 HIDRÁULICA O que são condutos livres? Rios; Ribeirões; Canais de Irrigação; Coletores de esgoto; Aquedutos; entre outros

3 HIDRÁULICA Canal do trabalhador Ceará (Arqueduto) 113 km de extensão Abastece a região metropolitana de Fortaleza

4 Aquedutos romanos (312 a.c.)

5 HIDRÁULICA Drenagem Superficial (Bueiros, valetas,..)

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8 HIDRÁULICA Condutos livres são denominados canais e normalmente apresentam uma superfície livre de água, em contato com a atmosfera.

9 HIDRÁULICA FONTE: AZEVEDO NETTO, ed.8 Na Figura são mostrados dois casos típicos de condutos livres (a e b); em (c) está indicado o caso limite de um conduto livre: embora o conduto funcione completamente cheio, na sua geratriz interna superior atua uma pressão igual à atmosférica. Em (d) está representado um conduto no qual existe uma pressão maior do que a atmosférica.

10 HIDRÁULICA FORMAS Circular ou semicircular; Retangular; Trapezoidal; Irregular.

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16 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Área Molhada Perímetro Molhado Raio Hidráulico

17 Caracterização da forma dos canais Seção Molhada Perímetro Molhado Raio Hidráulico HIDRÁULICA

18 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Área Molhada (Am) - Parte da seção transversal que é ocupada pelo líquido; - Área útil ocupada pelo líquido.

19 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Área Molhada (Am)

20 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Seção Molhada (S) - Profundidade (h): altura do líquido acima do fundo do canal; - Área molhada (Am): é a área da seção molhada; - Perímetro molhado (P): comprimento relativo ao contato do líquido com o conduto; - Largura Superficial (B) - largura da superfície em contato com a atmosfera;

21 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Perímetro Molhado (P) Comprimento da linha de contato entre a água, as paredes e o fundo do canal. Perímetro este, em corte transversal do canal.

22 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Perímetro Molhado (Pm)

23 HIDRÁULICA Caracterização da forma dos canais Perímetro Molhado (P)

24 Caracterização da forma dos canais Raio Hidráulico É a razão entre a seção molhada (S) e o perímetro molhado (P). RH= Am/P CONDUTOS CIRCULARES: S=π. D²/ 4 P= π.d D=4.RH HIDRÁULICA

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26 TIPOS DE MOVIMENTO

27 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO UNIFORME Velocidade não se altera ao longo do tempo, em grandeza e direção em qualquer ponto ( movimento do escoamento é permanente). características hidráulicas em cada seção independem do tempo (essas características podem, no entanto, variar de uma seção para outra, ao longo do canal: se elas não variarem de seção para seção ao longo do canal o movimento será uniforme).

28 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO UNIFORME Considerando-se um trecho de canal, para que o movimento seja permanente nesse trecho, é necessário que a quantidade de líquido que entra e que sai mantenha-se constante.

29 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO UNIFORME Consideremos um canal longo, de forma geométrica única, com uma certa rugosidade homogênea e com uma pequena declividade, com uma certa velocidade e profundidade. Com essa velocidade ficam balanceadas a força que move o líquido e a resistência oferecida pelos atritos internos e externo (este decorrente da rugosidade das paredes).

30 TIPOS DE MOVIMENTO Em condições normais, ocorre nos canais um movimento uniforme, ou seja, a velocidade média da água é constante ao longo do canal. No caso da equação da continuidade:

31 A área é determinada geometricamente e a velocidade pode ser medida no local ou, na maioria dos casos, determinada através de equações; Há varias equações para o cálculo da velocidade média da água em um canal; As mais usadas são as de Chezy, Strickler e Manning.

32 As equações de Strickler e Manning podem ser escritas da seguinte forma:

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36 Velocidade Médias mínimas para evitar depósitos: Águas com suspensões finas: 0,30 m/s Água transportando areias finas: 0,45 m/s Águas residuais (Esgoto): 0,60 m/s Velocidades práticas: Canais de navegação sem revestimento: até 0,50 m/s Aquedutos de água potável: 0,60m/s a 1,30 m/s. Coletores e emissários de esgoto: 0,60 a 1,50 m/s.

37 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO VARIADO MOVIMENTOS GRADUALMENTE VARIADOS são aqueles em que as profundidades variam, gradual e lentamente, ao longo do canal. Em cada seção há movimentos permanentes, ou seja, as grandezas interferem no escoamento, em cada seção, não se modificando com o tempo, e a distribuição das pressões, obedece a Lei da Hidrostática.

38 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO VARIADO O movimento gradualmente variado pode ocorrer de forma acelerada, como nos trechos iniciais dos condutos de seções constantes, nos quais o movimento uniforme subsequente se realiza em regime supercrítico.

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40 FORMA DO PERFIL DA SUPERFÍCIE LÍQUIDA O objetivo do estudo de canais com regime permanente gradualmente variado consiste em determinar a forma do perfil da superfície líquida. A forma do perfil de linha de água depende da comparação, em cada seção, da profundidade crítica com a profundidade normal e desta com a profundidade em que efetivamente se realiza o escoamento.

41 Quando o movimento é UNIFORME, a linha d água coincide com as retas, Nn (Nível normal) ou Nc (Nível crítico), conforme a profundidade seja normal ou crítica, respectivamente.

42 A cada região corresponde uma classe de curva que depende da comparação da profundidade normal com a crítica. I>0 Classe M: I < Ic; yn > yc Classe S: I > Ic; yn < yc Classe C: I = Ic; yn = yc. Para as declividades do fundo nulas ou negativas, temos: I <= 0 Classe H: I = (Canal Horizontal) Classe A: I < 0 (Declividade adversa) I ou J = Declividade do fundo Yn= profundidade normal Yc= profundidade crítica

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45 TIPOS DE MOVIMENTO MOVIMENTO VARIADO MOVIMENTO BRUSCAMENTE VARIADO As linhas de corrente apresentam curvatura acentuada, sendo que em razão disto, não podemos admitir a distribuição hidrostática das pressões nas seções do canal. Esses movimentos ocorrem em trechos de pequenas extensões, de modo que o atrito da água com as paredes do contorno tem pequeno valor, podendo ser desprezado na maioria dos casos. As equações de M.Uniforme não se aplicam nesses casos. Ex: Vertedores (crista delgada e arredondada)