ISEL Área Departamental de Engenharia Civil GRUPO DISCIPLINAR DE HIDRÁULICA

Transcrição

1 P1 - O canal de secção rectangular com 2,00 m de largura representado na Fig. 1 inicia-se num reservatório e termina numa queda brusca. Todos os troços têm uma extensão suficiente para neles se estabelecer o regime uniforme. A ligação entre os troços DE e FG é materializada através de uma transição curta, sem variação de largura, em que o fundo do canal sobe para jusante, sendo o desnível do fundo δ = 0,50 m. As inclinações dos diferentes troços são i AB = i BC = 2 m/km e i DE = i FG = 0,8% e os coeficientes de rugosidade Ks AB = Ks BC = 35 m 1/3 s -1 e Ks DE = Ks FG = 75 m 1/3 s -1. Sabendo que o caudal escoado no canal é igual a 4,0 m 3 /s: A) Determine: a) a altura crítica e as alturas uniformes; b) o valor de X; c) as alturas do escoamento nas secções A, C e F; B) Estude o escoamento a) em torno da comporta (abertura a = 0,35 m), calculando as alturas e montante e a jusante desta e efectuando o estudo do ressalto hidráulico por ela provocado; b) na transição EF, determinando as alturas do escoamento nas secções E e F, e caso ocorra um ressalto hidráulico junto à transição calcule as respectivas alturas conjugadas; C) Trace o andamento qualitativo do perfil da superfície livre do líquido ao longo do canal e cote os seus pontos notáveis. Identifique as curvas de regolfo; D) Calcule a distância que separa a secção E da secção a montante entre as quais se estabelece o escoamento gradualmente variado, utilizando o método das diferenças finitas e considerando 3 (três) intervalos de calculo. P2 - Um troço de um colector pluvial com 1,2 m de diâmetro, de betão envelhecido (Ks = 50 m 1/3 s -1 ) tem inclinação constante e igual a 6 m/km. Na altura em que foi dimensionado previa-se que o caudal de projecto se escoasse em secção cheia e utilizou-se nos cálculos Ks = 80 m 1/3 s -1 para o valor do coeficiente de rugosidade do betão. Face à diminuição da sua capacidade de escoamento pretende-se comparar duas soluções possíveis: a) manter o colector velho em funcionamento, colocando em paralelo um novo colector de betão, instalado com inclinação idêntica ao antigo, por forma a que a altura máxima de escoamento em cada um dos colectores não ultrapasse % dos respectivos diâmetros; b) recuperar o colector antigo, recobrindo a parede interior com um material plástico (Ks = 110 m 1/3 s -1 ). Nesta solução o diâmetro interno útil diminui cerca de 10 a 15% devido à espessura da camada plástica que é aplicada. Admitindo que o caudal de projecto inicial é o que actualmente se escoa, 1) Calcule o diâmetro do novo colector que será necessário instalar, caso se opte pela solução a); 2) 1) Verifique qual a redução máxima do diâmetro interno que permite optar pela solução b); 2) Determine qual a inclinação mínima que o colector deverá ter para que seja possível utilizar a solução b) para o caso de ocorrer uma redução de diâmetro de 15%.

2 P3 - Na Fig. 2 está representada uma conduta elevatória, os respectivos reservatórios de montante e de jusante, bem como a localização da estação elevatória (junto ao reservatório R1) que dispõe de duas bombas idênticas (a curva característica de uma das bomba é fornecida em anexo) que tanto podem funcionar isoladamente como em paralelo ou em série. Sabendo que as cotas das superfícies livres dos reservatórios R1 e R2 são respectivamente 35m e 55m, que o comprimento total da conduta é de m, sendo esta em PVC (Ks = 100m 1/3 s -1 ) e que o seu diâmetro interno é de 250 mm, determine: A o caudal elevado de R1 para R2, a altura total de elevação e a potência absorvida a) por uma bomba; b) por cada uma das bombas, quando ambas estiverem a funcionar simultâneamente, instaladas em b 1 ) série; b 2 ) paralelo; B o caudal bombado para o reservatório R2 caso este tivesse a superfície livre à cota 90 m. Analise cada uma das condições de funcionamento (uma bomba, duas bombas em série e em paralelo) e comente a sua utilidade; C o NPSH disponível na situação correspondente à alínea A-a) apenas uma bomba em funcionamento admitindo os seguintes dados: 1) - comprimento da conduta de aspiração - 5,00 m; 2) - desnível entre a cota máxima da superfície livre da água no reservatório e a secção de entrada na bomba 1,25 m; 3) - altura máxima de água no reservatório 2,00 m; 4) - temperatura média da água 15ºC; 5) - comprimento equivalente dos acessórios instalados na conduta de aspiração 55,30 m. Nota: Na resolução das alíneas A e B do problema considere que as perdas de carga localizadas são aproximadamente 15% das perdas de carga contínuas. Utilize a curva característica fornecida em anexo para efectuar todos os traçados gráficos necessários à resolução do problema, identificando a respectiva folha e entregando-a. P4 - Para se efectuar a captação de água de um aquífero artesiano localizado numa camada de areia com 25 metros de espessura foi executado um furo com 40 cm de diâmetro. O aquífero está confinado entre duas camadas impermeáveis argilosas, sendo que a camada superior tem cerca de metros de espessura. A permeabilidade da areia é de K = 2x10-4 m/s, admitindo-se que o nível freático se mantém inalterado à distância de 200 metros do furo. A Determine: a) o caudal extraído quando ocorre no furo um rebaixamento de 5 metros do nível freático hidrostático; b) qual o rebaixamento que ocorre no poço quando se extrai o dobro do caudal calculado na alínea anterior; c) a equação da linha piezométrica dinâmica; d) o gráfico da função representativa da relação caudal bombado - rebaixamento no furo, entre Q= 5 l/s e Q= 30 l/s, calculando os respectivos valores em intervalos de 5 l/s. B - Sabendo que a pressão hidrostática medida na camada argilosa inferior é de 8 kf/cm 2 quando não é efectuada qualquer bombagem, determine o caudal máximo que poderá ser injectado no furo se este for utilizado para efectuar a recarga do aquífero.

3 FIGURA 1 FIGURA 2 TABELAS

4 Número Nome Curva Característica Altura de Elevação (m η (%) Caudal (m 3 /h)

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