Fundamentos de Engenharia Hidráulica: Escoamento em Superfície Livre

Hidráulica Hidráulica Escoamento em Superfície Livre Escoamento em Superfície Livre Livro Fundamentos de Engenharia Hidráulica Autores Márcio Batista e Márcia Lara Editora UFMG Características básicas Características básicas dos escoamentos livres dos escoamentos livres Escoamentos livres Há uma superfície de contato com a atmosfera As condições de contornos não são tão bem definidas como nos condutos forçados variáveis no tempo e no espaço A maioria dos escoamentos livres ocorrem em grandes dimensões físicas grandes Re raramente laminares Deformabilidade extrema remansos ressaltos Variabilidade de rugosidade Classificação dos escoamentos livres Classificação dos escoamentos livres Equações básicas do escoamento livre São caracterizados utilizandose os mesmos princípios básicos dos escoamentos em condutos Eq da Continuidade Eq da Quantidade de movimento Eq da Energia Representação da linha de energia em canais Ver exemplo 71 pag 189 Fund Eng Hidráulica Parâmetros Parâmetros geométricos e geométricos e hidráulicos hidráulicos B largura superficial A área molhada P perímetro molhado Y profundidade fundo à superfície Yh AB Profundidade hidráulica R raio hidráulico Y h Observação O perímetro molhado leva em conta somente a parte em contato com o líquido Seções com geometrias Seções com geometrias conhecidas conhecidas Área Perímetro Molhado Raio Hidráulico Largura Superficial Profundidade Hidráulica Área Zy² Perímetro Molhado 2y1 Z² Raio Hidráulico Zy 21 Z² Largura Superficial 2Zy Profundidade Hidráulica 05y 0125 θ sen θ D² 05θ D 025 θ sen θ θ 2y D y 0125 θ sen 12θ D Ver exemplo 72 pag 192 Fund Eng Hidráulica Seções retangulares e trapezoidais Comuns em canais abertos Trapezoidais preferidas algumas vezes por não necessitar de estruturas rígidas para estabilizar taludes Mas podem precisar de mais espaço nas laterais Seção trapezoidal Seções circulares Vazões mais reduzidas redes de esgotamento sanitário e pluvial bueiros Seção retangular Seções triangulares Canais de pequenas dimensões sarjetas rodoviárias e urbanas Seções com geometrias Seções com geometrias irregulares irregulares 22 Podese supor um conjunto de trapézios triângulos ou retângulos pequenos o suficiente ou considerar como canais onde a largura é muito maior que a profundidade Seções retangulares largas Podese mostrar que A By P B e R y Variação de pressão Variação de pressão Condutos forçados pressão praticamente constante em toda a seção canais pressão função da profundidade Se o escoamento for paralelo linhas de corrente sem curvatura Distribuição de Pressão hidrostática Escoamento não for paralelo não é hidrostática Se o escoamento tiver declividade não desprezível PB ycos2 Distribuição Pseudohidrostática 𝑃 𝑃𝑃 𝑃 𝛾ℎ𝑉2 𝑔𝑟 Em canais com declividades inferiores a 01 mm diferença de 1 Canais com I 10 PB ycos2 Subpressão crista Sobrepressão pé Ver exemplo 73 pag 196 Fund Eng Hidráulica Variação de velocidade Variação de velocidade Em canais a distribuição de velocidade não é uniforme As velocidades maiores ocorrem longe da parede Leito do curso dágua largura Na vertical o perfil é aproximadamente logarítmico Vmax ocorre entre 5 e 25 da profundidade Vmed é aproximadamente a média entre V20 e V80 Ou aproximadamente V60 Perfil de velocidade média A U A v A U dA V α 3 n 1 i 3 i 3 A 3 é o fator de correção de energia Coriolis Para levar em conta as irregularidades na distribuição de V A U A v A U dA V β 2 n 1 i 2 i 2 A 2 é o fator de correção de Quantidade de movimento Boussinesq Ou ainda 𝛼 1 3𝜀2 2𝜀3 𝛽 1 𝜀2 Ver exemplo 74 pag 201 Fund Eng Hidráulica 𝜀 𝑉𝑚á𝑥 𝑉𝑚é𝑑 1