Escoamento em Superfície Livre: Introdução a Canais

Escoamento em superfície livre Introdução a canais CENTRO EDUCACIONAL DE ENSINO SUPERIOR DE PATOS CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIFIP CURSO ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA HIDRÁULICA Professora Luísa E L de Medeiros Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres Seção AA A A Q p atmosfera Seções plenas Ex Adutoras Escoamento Forçado B B Q Seção BB p atmosfera Ex Canais de Irrigação Escoamento Livre Figura 1 Classificação dos escoamentos Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Analogia com os condutos forçados Nos canais a linha piezométrica geralmente coincide com a linha dágua profundidade Condutos livres difícil especificação de valores numéricos para a rugosidade diversidade de forma geométrica pequenos erros resultam em altos danos Figura 2 Condutos Forçados Figura 3 Condutos Livres Prof Maria Cordão Hidráulica Canais diversidade de revestimentos e formas Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres NATURAIS ARTIFICIAIS Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres PRISMÁTICOS E NÃOPRISMÁTICOS Seção reta e declividade de fundo constante ao longo do comprimento Escoamento permanente e uniforme características hidráulicas constantes ao longo do espaço e do tempo Canais Artificiais A superfície livre varia no espaço e no tempo profundidade e declividade variam Apresentam grande variabilidade na forma e rugosidade das paredes Canais Naturais Classificação Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Classificação dos canais Canais Natural Cursos dágua rios Artificial Fechados Pequenos circular Grandes retangular Aberto escavados Trapezoidal Triangular Retangular Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Elementos geométricos da seção transversal Área Molhada A área da seção reta do escoamento normal à direção do fluxo Perímetro Molhado P comprimento da fronteira sólida em contanto com o líquido fundo e paredes Raio Hidráulico Rh é a relação entre a área molhada e o perímetro molhado Altura dágua y distância vertical do ponto mais baixo da seção do canal até a superfície livre Altura do escoamentoh altura dágua perpendicular ao fundo do canal Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Largura de topo B largura da seção na superfície livre Altura Hidráulica Hm ou profundidade média relação entre a área molhada e a largura na superfície livre Declividade do fundo do canalI0 declividade longitudinal do canal Em geral são baixas I0tgα sen α Declividade da linha dágua ou linha piezométrica Ia declividade da linha dágua Declividade da linha de energia If variação da energia da corrente no sentido do escoamento Elementos geométricos da seção transversal Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Tabela 1 Seções prismáticas de canais Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Tipos de escoamento Variabilidade das características hidráulicas no espaço e no tempo Permanente NãoPermanente Tempo Uniforme Variado Espaço Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Tipos de escoamentos em canais Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres Outras Classificações Re URh Re500 Laminar 500Re2000 Transição Re2000 Turbulento Número de Froude relação entre a força de inércia e a força da gravidade gHm U Fr Fr1 Subcrítico ou Fluvial Fr 1 Supercrítico ou torrencial Fr1 Crítico Número de Reynolds relação entre a força de inércia e as forças viscosas Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres Distribuição deVelocidades Projetos de canais utilizase a velocidade média da seção Importante ressaltar que As velocidades das partículas não estão uniformemente distribuídas A distribuição de velocidade é função da resistência do fundo do canal e das paredes da resistência superficial da atmosfera e ventos da resistência interna da viscosidade do fluido da aceleração da gravidade Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres I0 If Ia Escoamento Permanente e Uniforme Hipóteses Canal prismático Declividade e rugosidade constante Canal suficientemente longo Fluxo Paralelo Equilíbrio Dinâmico do Escoamento Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Dimensionamento de canais Equações de Resistência Cálculo de Canais em Regime Uniforme Equação de Chézy C R 0I V h Fórmula de Chézy CA R 0I Q h Onde C é um coeficiente de resistência ou coeficiente de rugosidade de Chézy Válida para escoamentos turbulentos rugosos em canais Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Escoamento em condutos livres Equações de Resistência Cálculo de Canais em Regime Uniforme Fórmula de Manning 1 2 0 23 1 I n R V h Onde n é denominado coeficiente de rugosidade de Manning Fórmula de Manning Válida para escoamentos permanentes uniformes e turbulentos rugosos em canais Fórmula mais utilizada em projetos de canais 1 2 0 23 1 I n AR Q h Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Tabela 2 Coeficientes de Manning Prof Maria Cordão Hidráulica Hidráulica Exercício de fixação 1 Calcular a Vazão transportada por um canal retangular revestido de concreto em condições regulares com declividade de 003 As dimensões e forma estão na figura abaixo 2 Calcular a vazão transportada por um canal de terra em boas condições tendo declividade de 0004 mm As dimensões e formas estão na figura abaixo h120 m b 180m