HIDRÁULICA Carga (Energia) específica

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1 HIDRÁULICA Carga (Energia) específica - Nome dado à soma de alguns fatores contidos na seção transversal do canal durante o escoamento da água. - Entres estes fatores estão: Altura do canal total altura normal (Z); Altura da linha da água- carga piezométrica; Área Cinética (Velocidade/Movimento da água) Vazão (Q)

2 HIDRÁULICA Carga (Energia) específica - A carga específica pode ser obtida em qualquer seção transversal do conduto. Onde: Ht = Carga Total Z = Carga altimétrica A= Área Y= Carga Piezométrica g = gravidade V= Carga cinética

3 HIDRÁULICA - A Linha Piezométrica: Lugar geométrico das extremidades dos segmentos (z+y) superfície livre, e a declividade denominase Gradiente hidráulico.

4 HIDRÁULICA - No caso de escoamento livre, a carga pode ser substituída pela profundidade do escoamento (Pressões consideradas hidrostáticas)

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6 Muitos fenômenos em canais podem ser analisados com o princípio da energia H = z + y + av 2 /(2g) Carga Altimétrica Carga Cinética Carga Piezométrica A partir do fundo do canal (Bakmeteff em 1912) Energia ou carga específica E = y + av 2 /(2g) Aquela disponível numa seção, tomando como referência um plano horizontal passando pelo fundo do canal, naquela seção

7 Energia (carga) específica: é a distância vertical entre o fundo do canal e a linha de energia Q Adotando a = 1 e da continuidade E y 2 2gA 2 Nova referência (z = 0) Datum y z Q

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9 FATOR CINÉTICO E NÚMERO DE FROUDE - A energia específica em uma seção de qualquer conduto livre, não se altera se multiplicarmos e dividirmos a segunda parcela do segundo membro pela profundidade média V²/ gym ou Fr= V/ Raiz gym Deste modo: E=y+ (ym/2).fr²

10 REGIME DOS ESCOAMENTOS V= Q/A E a energia específica E= y + v²/2g = y+ Q²/2gA² Sendo a Vazão constante e a área da seção função da profundidade A= f(y), e com isso a energia específica dependerá apenas de y: E= y+ Q²/ 2g[f(y)]

11 E y Q 2 2gA 2 Fixando-se uma vazão Q f(y) E 1 = y E = E 1 + E 2 onde E 2 = Q 2 /[2gA 2 ] E Energia mínima E c y c Profundidade Crítica

12 Para um dado valor E > E c 2 profundidades y f > y c e y t < y c Profundidades alternadas ou recíprocas 2 regimes de escoamento recíprocos y t inferior, torrencial, rápido ou supercrítico y f superior, fluvial, lento ou subcrítico

13 Como causar o regime supercrítico? O escoamento tranqüilo ou fluvial pode se transformar em escoamento supercrítico ou torrencial, mudando-se a seção do canal ou aumentando-se consideravelmente a declividade.

14 Movimento Retardado A existência de um obstáculo no canal (uma barragem, por exemplo) causa a elevação da profundidade, redução da velocidade e, consequentemente, o movimento variado retardado. Forma-se, dessa maneira, um remanso. A variação de profundidade no caso de um remanso sempre é muito gradual, abrangendo longo trecho do canal (distâncias grandes).

15 Mesma h c Duas situações (declividades): 1) Mesma vazão Q (uma curva) 2) Mesma Energia 3) Duas profundidades

16 diminuição no nível de energia disponível: Regime supercrítico diminuição de y Regime subcrítico aumento de y

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18 Até agora uma curva de energia associada a uma vazão Acontece que em um canal não passa somente uma vazão para um canal família de curvas, cada uma uma vazão O aumento de Q produz uma mudança de y e também de y c 2 y 3 c E c Uma determinada y pode ser subcrítica ou supercrítica, dependendo da Q em trânsito

19 Considerações Os canais uniformes e o escoamento uniforme não existem na natureza. (condições apenas se aproximam do movimento uniforme). Essas condições de semelhança apenas acontecem a partir de uma certa distância da seção inicial e também deixam de existir a uma certa distância da seção final (nas extremidades a profundidade e a velocidade são variáveis).

20 Considerações Canais relativamente curtos não podem prevalecer as condições de uniformidade. Em coletores de esgotos, concebidos como canais de escoamento uniforme, ocorrem condições de remanso e ressaltos de água onde o movimento se afasta da uniformidade. Nos canais com escoamento uniforme o regime poderá se alterar, passando a variado em consequência de mudanças de declividade, variação de seção e obstáculos.