Hidraulica e Hidrometria - Calculo de Canais em Regime Uniforme

Hidráulica e Hidrometria Aula 11 Cálculo de canais em regime uniforme P r o f e s s o r P O S S A S A n d r é L D B l u m e n a u 1 d e N o v e m b r o d e 2 0 2 2 SOCIEDADE EDUCACIONAL LEONARDO DA VINCI SS LTDA CENTRO UNIVERSITÁRIO DANTE ENGENHARIA CIVIL Se quer viver uma vida feliz amarrese a uma meta não às pessoas nem às coisas Albert Einstein wwwFrasezcombr QUESTÕES Foram levantadas dúvidas quanto ao comportamento da energia do escoamento pois todos os projetos executados anteriormente foram para tubulações sob pressão Como você é o responsável pela parte hidráulica dos projetos esses questionamentos foram direcionados a você Apesar de dominar boa parte do tema você pediu alguns dias para esclarecer as seguintes dúvidas Como se comporta a energia nesse tipo de condução A conservação da energia é explicada com as mesmas normas que no escoamento em tubulação Há classificação do escoamento segundo a apresentação de sua energia Se sim qual é o parâmetro utilizado 1 Aprofundando Energia de Escoamento a Equação de Bernoulli 1 Aprofundando Energia de Escoamento a Altura da água Coeficiente de Coriolis α a Energia de Escoamento 2 Profundidade Crítica EE₁ E₂ Em que E₁ y e E₂ Q² 2gfy² Figura 35 Curva de energia especifica Fonte adaptada de Baptista e Coelho 2010 p 206 2 Profundidade Crítica Como se pode verificar no último gráfico da Figura 35 a energia específica do escoamento não é uma função linear crescente com y mas existe um valor mínimo de energia denominado energia crítica Ec correspondente à determinada profundidade intitulada profundidade crítica yC BAPTISTA COELHO 2010 Por ter formato hiperbólico todos os valores de energia superiores à energia crítica terão duas alturas correspondentes yf e yt denominados profundidades alternadas Baptista e Coelho 2010 ainda ressaltam a existência de dois escoamentos intitulados escoamentos recíprocos O escoamento que ocorre com altura yf é conhecido como superior fluvial ou subcrítico Por outro lado o escoamento de altura yt recebe os nomes de torrencial ou supercrítico Já o escoamento que ocorre com altura dágua igual à altura crítica y yC é nomeado como escoamento crítico 2 Profundidade Crítica Com essa mesma lógica podese tratar da declividade crítica Com base no raciocínio descrito por Baptista e Coelho 2010 para tal tema imagine determinado canal escoando uma dada vazão com altura dágua superior à altura crítica Pense agora na alteração da inclinação de fundo desse canal sendo a vazão incrementada Esse fato alteraria a velocidade e consequentemente pela equação da continuidade sua área molhada reduziria Isso faria com que a altura dágua reduzisse chegando à altura crítica ou inclusive a valores inferiores A declividade de fundo que proporciona à determinada vazão a altura dágua coincidente com a altura crítica é denominada declividade crítica Da mesma forma se determina a declividade subcrítica ou supercrítica Os conceitos de velocidade e vazão críticas são determinados de forma análoga sendo também associados às condições críticas de escoamento BAPTISTA COELHO 2010 Os autores ainda ressaltam que cada valor de vazão aplicado a determinado canal resulta em uma curva de energia específica ou seja para um canal qualquer haverá um conjunto de curvas condicionadas à vazão escoada por ele 2 Profundidade Crítica Figura 36 Conjunto de curvas de energia especificas Vazões crescentes Fonte adaptada de Baptista e Coelho 2010 p 207 3 Escoamento Crítico Segundo Porto 2006 o escoamento crítico pode ser definido como a fase de energia específica mínima para determinada vazão ou ainda a fase de máxima vazão para determinada energia específica O número de Froude Este adimensional relaciona as forças inerciais com as gravitacionais sendo que sua equação mais conhecida é a seguinte 3 Escoamento Crítico Baptista e Coelho 2010 efetuaram uma interpretação energética interessante a respeito do número de Froude Eles assimilaram o termo do numerador v à energia cinética e o denominador g Hm à potencial De forma prática quando determinado escoamento tiver elevada velocidade haverá predominância da força cinética sobre a potencial então Fr 1 Por outro lado quando houver preponderância da força potencial sobre a cinética Fr 1 Para Fr 1 há equilíbrio entre essas forças 3 Salto Hidráulico 4 Salto Hidráulico Fluxo subcrítico crítico e supercrítico 4 Salto Hidráulico Fluxo subcrítico crítico e supercrítico 4 Salto Hidráulico Zona da queda Região de dissipação de energia UNIASSELVIGRADUAÇÃO E PÓS 4 Salto Hidráulico 5 QUESTÃO 1 Determinada rede de drenagem pluvial tem diâmetro e altura dágua de 80 e 30 cm respectivamente A partir de determinado ponto essa rede teve seu diâmetro reduzido passando a ter e altura de 50 cm e 40 cm respectivamente Sabendo que a vazão é a mesma em ambos os trechos 280 Ls classifique o escoamento em relação à energia para esses dois trechos Para diâmetro de 80 cm e altura de 30 cm temos 5 QUESTÃO 1 Determinada rede de drenagem pluvial tem diâmetro e altura dágua de 80 e 30 cm respectivamente A partir de determinado ponto essa rede teve seu diâmetro reduzido passando a ter e altura de 50 cm e 40 cm respectivamente Sabendo que a vazão é a mesma em ambos os trechos 280 Ls classifique o escoamento em relação à energia para esses dois trechos Para diâmetro de 50 cm e altura de 40 cm temos 6 Assimile A energia no escoamento pode ser estudada pela aplicação da fórmula da conservação de energia utilizada nos escoamentos forçados no entanto com a substituição da carga de pressão representada pela Pγ pela altura dágua y Essa alteração deve ocorrer pelo fato do escoamento em conduto livre acontecer à pressão atmosférica sendo a carga de pressão representada unicamente pela pressão da coluna de líquido A energia específica tem relação direta com a forma com a qual o escoamento se apresentará podendo estar em movimento fluvial ou subcrítico com predomínio das forças gravitacionais Fr 1 Outro extremo seria o escoamento torrencial ou supercrítico no qual a força cinética se sobrepõe à potencial resultando em Fr 1 O escoamento intermediário a essas fases é o crítico fase de energia mínima para determinada vazão Há equilíbrio entre as forças cinéticas e gravitacionais Fr 1 7 Resumo importante Há uma classificação do escoamento segundo a forma com a qual sua energia se apresenta O parâmetro de classificação é o número de Froude Fr número adimensional que relaciona as forças cinéticas e gravitacionais As possíveis categorias de classificação são Subcrítica quando há predomínio das forças gravitacionais resultando em Fr 1 Crítica quando há equilíbrio entre forças cinéticas e gravitacionais resultando em Fr 1 Supercrítica quando há preponderância das forças cinéticas resultando em Fr 1 Assim você pode notar que a velocidade e a altura do escoamento têminfluência direta no valor do número de Froude Em outras palavras isso quer dizer que esses dois itens são capazes de alterar essa classificação do escoamento 8 Vertedouros 8 Vertedouros VEJA A ABERTURA DO VERTEDOURO ITAIPU UNIASSELVI GRADUAÇÃO E PÓS Obrigado pela sua atenção UNIASSELVI GRADUAÇÃO E PÓS