A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
123 pág.
Estática dos Fluidos (extra)

Pré-visualização | Página 7 de 16

(onda de choque). 
 
 Para iniciar a operação do carneiro hidráulico basta abrir a válvula de impulso. Para paralisar 
o carneiro, basta manter a válvula de impulso fechada. 
 A quantidade de água aproveitada, (q), será função do tamanho do carneiro e da relação 
entre a queda disponível e a altura de recalque. (h/H). 
 A tabela 1 fornece diâmetros de alimentação e de recalque necessários em função da 
quantidade de água (Q) disponível. A tabela 2, fornece a porcentagem de água (R) a ser aproveitada 
em função da relação entre a queda disponível e a altura de recalque (h/H). 
 Para colocá-lo em funcionamento, basta acionar algumas vezes a válvula de impulso (2). 
Com a válvula de impulso aberta a água começa a sair em pequenos esguichos até que, com o 
aumento da velocidade da água, ocorre o seu fechamento. 
A água que tinha uma velocidade crescente sofre uma interrupção brusca, causando um 
surto de pressão ou “Golpe de Aríete”, que irá percorrer o carneiro e todo o tubo de alimentação (1). 
 
 
1 – Tubo de alimentação; 2 – Válvula de impulso; 3 - Válvula de recalque; 4 – Câmara de ar; 5 – 
Tubo de recalque 
Este surto de pressão provoca a abertura da válvula de recalque (3), que por sua vez, permite 
a entrada da água na câmara de ar (4). A medida que o ar contido no interior da câmara vai sendo 
comprimido, uma resistência à entrada da água vai aumentando, até que a pressão no interior fique 
um pouco superior e provoque o fechamento da válvula de recalque (3). 
A água contida no interior da câmara, impedida de retornar ao corpo do carneiro, só tem 
como saída o tubo de recalque. Em momento posterior ocorre a formação de uma onda de pressão 
negativa que provoca a abertura da válvula de impulso, dando condições para a ocorrência de um 
novo ciclo. 
Com o desenrolar do ciclos sucessivos, a água começa encher o tubo de recalque (3) e sua 
elevação 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
57
 
Tabela 1. Diâmetros de entrada e saída. 
 
Vazão (L/h) Diâmetro de entrada Diâmetro de saída 
420 – 900 1” ½” 
660 – 1560 1 ¼” ½” 
1320 – 2700 2” ¾” 
4200 - 7200 3” 1 ¼” 
 
Tabela 2. Porcentagem da água aproveitada. 
 
Proporção (h/H) Aproveitamento (R) 
1/2 0,60 
1/3 0,55 
1/4 0,50 
1/5 0,45 
1/6 0,40 
1/7 0,35 
1/8 0,30 
Exemplo: 
 
Dados: 
- Vazão necessária: 90,83L/h 
- Altura de queda (h): 2,5m 
- Altura de recalque (H): 15m 
 
Resolução: 
 
Proporção: 
h/H = 2,5 / 15 = 1/6 → Tabela 2 → R = 0,40 
 
Vazão de alimentação (Q) para atender a vazão necessária (q): 
R.
H
h
.Qq 




= → Q = 1362,45 L/h 
Diâmetros de entrada e saída 
 
Q = 1362,45 L/h → De = 1 ¼”; Ds = ½” 
Escolher carneiro com essas dimensões conforme o fabricante. 
 
TIAGO FILHO, G.L. Carneiro Hidráulico: O que é e como construí-lo. CERPCH, 2002, 8p. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
58
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
59
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA 
ICA 
 
 
 
 
DISCIPLINA: HIDRÁULICA 
 
 
 
 
RESUMO DAS AULAS – CAPÍTULO 6 
 
CONDUTOS LIVRES 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
60
6 CONDUTOS LIVRES 
 
6.1 INTRODUÇÃO 
 
 O escoamento de água em um conduto livre, tem como característica principal o fato de 
apresentar uma superfície livre, sobre a qual atua a pressão atmosférica. Rios, canais, calhas e 
drenos são exemplos de condutos livres de seção aberta, enquanto que os tubos operam como 
condutos livres quando funcionam parcialmente cheios, como é o caso das galerias pluviais e dos 
bueiros. 
 
 
 
 Os canais são construídos com uma certa declividade, suficiente para superar as perdas de 
carga e manter uma velocidade de escoamento constante. 
 Os conceitos relativos à linha piezométrica e a linha de energia são aplicados aos condutos 
livres de maneira similar aos condutos forçados. 
 
Plano de Referência
Energia Total
γ
1P
γ
2P
g2
1V 2
g2
2V 2
Z1
Z2
Tubulação
A1
A2
Hf
Plano de Referência
Energia Total
γ
1P
γ
2P
g2
1V 2
g2
2V 2
Z1
Z2
Tubulação
A1
A2
Hf
Plano de Referência
Energia Total
γ
1P
γ
2P
g2
1V 2
g2
2V 2
Z1
Z2
Fundo do canal
Hf
Superfície livre
Plano de Referência
Energia Total
γ
1P
γ
2P
g2
1V 2
g2
2V 2
Z1
Z2
Fundo do canal
Hf
Superfície livre
 
Condutos Forçados Condutos livres 
 
 A solução de problemas hidráulicos envolvendo canais é mais difícil do que aqueles 
relativos aos condutos forçados. Nos condutos forçados, a rugosidade das paredes é bem definida 
pelo processo industrial e pelos materiais utilizados, o mesmo não ocorrendo com os canais naturais 
e os escavados em terra, onde a incerteza na escolha do coeficiente de rugosidade é muito maior do 
que nas tubulações. Quanto aos parâmetros geométricos, nos condutos forçados as seções são 
basicamente circulares, enquanto os canais apresentam as mais variadas formas. 
 
 
6.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UM CANAL 
 
- Seção transversal: é a seção plana do conduto, normal á direção do escoamento; 
- Seção molhada: é a parte da seção transversal do canal em contato direto com o líquido; 
- Perímetro molhado: corresponde a soma dos comprimentos (fundo e talude) em contato com o 
líquido; 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
61
- Raio hidráulico: é a razão entre a seção molhada e o perímetro molhado; 
- Borda livre: corresponde a distância vertical entre o nível máximo de água no canal e o seu topo. 
 
B – largura da superfície livre de água; 
b – largura do fundo do canal; 
h – altura de água; 
Talude do canal – 1:m (vert:horiz) 
 
 
6.3 FORMA GEOMÉTRICA DOS CANAIS 
 
 A maioria dos condutos livres apresentam seção trapezoidal, retangular ou circular. 
 
 
6.3.1 Seção trapezoidal 
 
 
- Seção (área): ( )h.mbhA += 
 
- Perímetro: 2m1h.2bP ++= 
 
Raio hidráulico: 
P
A
R = 
 
 
6.3.2 Seção retangular 
 
 
 
- Seção (área): h.bA = 
 
- Perímetro: h.2bP += 
 
- Raio hidráulico: 
P
A
R = 
 
 
B 
Borda 
h 
b 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
62
 
6.3.3 Seção circular (50%) 
 
 
 
 
- Largura da superfície: 
 
- Seção (área): 
8
D.
A
2π
= 
 
- Perímetro: 
2
D.
P
π
= 
 
- Raio hidráulico: 
4
D
P
A
R == 
 
 
Exemplo: Calcular a seção, o perímetro molhado e o raio hidráulico para o canal esquematizado a 
seguir (talude = 1 : 0,58) 
 
 
 
Resolução: 
 
( )h.mbhA += 
( ) 2m32,42.58,012A =+= 
 
2m1h.2bP ++= 
m62,558,012x21P 2 =++= 
 
m77,0
62,5
32,4
P
A
R === 
 
 
Exercício: Calcular a seção, o perímetro molhado e o raio hidráulico para o canal de terra com as 
seguintes características: Largura do fundo = 0,3 m; inclinação do talude - 1:2; e profundidade de 
escoamento = 0,4 m. 
Resposta: A = 0,44 m2; P = 2,09 m; R = 0,21 m 
2m 
1m 
 
Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 
 
63
 
6.4 FÓRMULA PARA DIMENSIONAMENTO DE CANAIS (FÓRMULA DE 
MANNING) 
 
 A fórmula de Manning é de uso muito difundido, pois alia simplicidade de aplicação com 
excelentes resultados práticos. Devido a sua intensa utilização, estão disponíveis na literatura 
valores para o seu fator de rugosidade que cobrem a maioria das situações encontradas na prática. 
 
2/13/2 i.R.
n
1
.AQ = 
Em que: 
 
Q – vazão transportada pelo canal (m3/s); 
R – raio hidráulico (m);