Hidráulica - Escoamentos Livres em Canais: Conceitos e Classificação

Hidráulica HID 006 Prof Oswaldo H Souza Jr Universidade Federal de Itajubá UNIFEI Instituto de Recursos Naturais IRN Adaptado de Marllus Gustavo F P das Neves Características básicas 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 Remanso Ressalto Uniforme Gradualmente Variado Gradualmente Variado Uniforme Bruscamente Variado Bruscamente Variado 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 geométricos e hidráulicos B largura superficial A área molhada P perímetro molhado Y profundidade fundo à superfície Yh AB Profundidade hidráulica Hm ou Hh R raio hidráulico R AP Y Observação O perímetro molhado leva em conta somente a parte em contato com o líquido Seções com geometrias conhecidas Área Perímetro Molhado Raio Hidráulico Largura Superficial Profundidade Hidráulica by b 2y by b 2y b y b Zy y b 2y 1 Z² b Zy y b 2y 1 Z² b 2Zy b Zy y b 2Zy b Zy y Área Perímetro Molhado Raio Hidráulico Largura Superficial Profundidade Hidráulica Zy² 2y1 Z² Zy 21 Z² 2Zy 05y 0125 θ sen θ D² 05 θ D 025 θ sen θ θ D 2y D y 0125 θ sen θ sen ½ θ 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 Seções com geometrias irregulares Seções circulares Vazões mais reduzidas redes de esgotamento sanitário e pluvial bueiros Seção retangular Seções triangulares Canais de pequenas dimensões sarjetas rodoviárias e urbanas Seção trapezoidal 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 Condutos forçados pressão praticamente constante em toda a seção canais pressão função da profundidade Se o escoamento for paralelo linhas de corrente sem curvatura ou pequenas Distribuição de Pressão hidrostática Escoa uniforme e gradualmente variado Escoamento não for paralelo não é hidrostática Se o escoamento tiver declividade não desprezível PB gycos2q Distribuição Pseudohidrostática 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 𝛾ℎ𝑉2 𝑔𝑟 Em canais com declividades inferiores a 01 mm diferença de 1 Canais com I 10 PB gycos2q Subpressão crista Sobrepressão pé Ver exemplo 73 pag 196 Fund Eng Hidráulica Variação de velocidade Em canais a distribuição de velocidade não é uniforme Obs podese observar aumento da velocidade das margens para o centro e do fundo para a superfície As velocidades maiores ocorrem longe da parede ver Isótacas curvas de s velocidades 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