Escoamento em Canais e Condutos Livres: Conceitos e Regimes

Escoamento em Canais Condutos Livres Introdução 1 CONDUTOS LIVRES Funcionam por gravidade à pressão atmosférica Mesmo que isso ocorra somente em um ponto Os cursos dágua naturais são o melhor exemplo Os coletores de esgotos e galerias pluviais são casos típicos de condutos livres artificiais 11 Algumas formas dos condutos Condutos fechados circulares retangulares etc Condutos abertos trapezoidal escavados em terra retangular escavado em rocha ferradura grandes dimensões Galerias moldadas em concreto aço etc 2 DISTRIBUIÇÃO DE VELOCIDADES Velocidade máxima ocorre no eixo da seção transversal pouco abaixo da linha dágua A resistência nas paredes laterais e no fundo reduz a velocidade nessas zonas A velocidade também é reduzida na superfície livre pela resistência do vento e pressão atmosférica A figura abaixo representa as curvas isotáquicas Distribuição longitudinal Na figura verificamse as Vmédia Vmédia 80 a 90 Vsuperficial Vmédia V06 H Vmedia V02 H V08 H 2 Vmedia V02 H 2 V06 H V08 H 4 REGIMES DE ESCOAMENTOS Escoamento uniforme EU Em qualquer ponto ao longo do conduto não há variação de velocidade seção transversal profundidade natureza das paredes δvδL 0 δyδL 0 etc Escoamento permanente EP Em uma determinada seção as características do escoamento não variam com o tempo δvδt 0 δyδt 0 etc Ocorrendo EU e EP simultaneamente temse a linha de energia com lâmina dágua paralela ao fundo do conduto Escoamento uniforme Regimes Regime fluvial sub crítico Resultante de baixas declividades Um obstáculo introduzido no fluxo propaga ondas para montante e para jusante Regime crítico transitório Resultante de uma declividade limite Um obstáculo introduzido no fluxo não propaga ondas Regime torrencial super crítico Resultante de altas declividades Um obstáculo introduzido no fluxo propaga ondas somente para jusante CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS Área molhadaA É a área total do escoamento Perímetro molhado P É o perímetro que define a área molhada Raio hidráulico RH A P É a razão entre a área molhada e o perímetro molhado Profundidade y EXPRESSÕES DAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS A seguir estão as expressões para a obtenção das principais características geométricas de alguns tipos de canais AVALIAÇÃO DOS REGIMES DE ESCOAMENTO Através da altura crítica y hc Regime supercrítico torrencial y hc Regime crítico transitório y hc Regime subcrítico fluvial Para seções retangulares hc QL2 g13 Q vazão m3s L largura canal m g 981 ms2 hc altura crítica m Para seções circulares T Qg D25 Q vazão m3s D diâmetro m g 981 ms2 T Entramse com os valores de T na tabela a seguir obtêmse hcD T hcD T hcD T hcD 001 010 010 031 060 080 002 014 020 045 070 084 003 017 030 054 080 090 004 020 040 065 090 092 005 024 050 071 109 100 Através da Número de Froude Fr 1 Regime subcrítico fluvial Fr 1 Regime crítico Fr 1Regime supercrítico torrencial Fr V gy Sendo Fe No de Froude V Velocidade ms g 981 ms2 y Lâmina dágua m FÓRMULA DE CHÉZY Em 1775 Chézy propôs a seguinte expressão v C RH I12 REGIME DE ESCOAMENTO Os sistemas pluviais urbanos geralmente são dimensionados a partir da fórmula de ChézyManning A aplicação desta fórmula é mais confiável no regime uniforme permanente e fluvial COEFICIENTE DE MANNING C RH16 η FÓRMULA DE CHÉZYMANNING v RH23 I12 η η coeficiente de rugosidade da fórmula de Manning Q vazão m3 s I declividade mm RH raio hidráulico m v velocidade ms Exemplos 1 Em um canal retangular em concreto com 240 m de base declividade I 00004 mm passa uma vazão que resulta em uma lâmina dágua de 130 m aCalcular essa vazão bAvaliar o regime de escoamento 2 Avaliar o regime de escoamento em um canal retangular em concreto com 210 m de base declividade de I 00085 mm quando a lâmina dágua atinge 035 m 3 Calcular a altura crítica de escoamento em um tubo de concreto Ø 600 mm para transportar uma vazão de 490 ℓs EXPRESSÕES P CONDUTOS LIVRES circulares O quadro apresenta algumas expressões para o calculo de condutos livres de seção circular para η 0013 EXPRESSÕES P CONDUTOS LIVRES circulares Exemplos Ex 1 Determinar o diâmetro de um coletor de esgoto de concreto com bom estado de acabamento que funciona como conduto livre à 75 da seção para transportar uma vazão de 150 ls com declividade de 00005 mm Determinar também sua velocidade de escoamento Ex 2 Dimensionar uma adutora de concreto com bom estado de conservação para transportar em regime de conduto livre à seção plena uma vazão de 200 ls de uma ETA cota 328m a um reservatório apoiado cota 295m distantes 1375 km