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Escoamento em Condutos livres - MÓDULO I

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1 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
1. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES 
 
 
Os condutos livres têm muito em comum com os condutos forçados, embora 
difiram num importante aspecto: os condutos livres apresentam superfície livre onde 
reina a pressão atmosférica, enquanto que, nos condutos forçados, o fluido enche 
totalmente a seção reta e escoa em pressão diferente da atmosférica. 
A despeito das semelhanças entre estas duas espécies de condutos, os 
problemas apresentados pelos canais são mais difíceis de serem resolvidos, uma 
vez que a superfície livre pode variar no espaço e no tempo e, como consequência, 
a profundidade do escoamento, a vazão, a declividade do fundo e a do espelho 
líquido são grandezas interdependentes. Desta forma, dados experimentais sobre os 
condutos livres são, usualmente, de difícil apropriação. 
De modo geral, a seção transversal do conduto forçado é circular, enquanto 
nos condutos livres pode assumir qualquer outra forma. No conduto forçado a 
rugosidade da parede interna tem menor variabilidade do que no conduto livre, cujas 
paredes podem ser lisas ou irregulares, como a dos canais naturais. 
 
 
Ocorrência em condutos livres 
Rios
EstuáriosCanais Naturais
Canais Artificiais
Condutos fechados
Circulares
Retangulares
Ovais
Ferradura
Etc.
Condutos abertos
(escavados)
Semi-circulares
Retangulares
Trapezoidais
Triangulares
Etc.
 
 
 
 
A seguir são abordados alguns exemplos que demostram a importância do 
estudo de canais no curso de engenharia civil. 
 
 
 
2 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
• Sistema de Drenagem Urbana 
Drenagemm urbana, no seu sentido m,ais amplo, ode ser definida como o 
conjunto de medidas que tem como objetivo minimizar os riscos a que as 
populações estão sujeitas, diminuir os prejuijos causados por inundações e 
possibilitar o desenvolvimento urbano de forma harmôniva, articulada e sustentável. 
Um sistema de drenagem de águas pluviais é composto por estruturas e 
instalações de engenharia destinadas ao transporte, retenção, tratamento e 
disposição final das águas das chuvas. Os sistemas de drenagem são classificados 
de acordo com seu tamanho em sistemas de microdrenagem e sistemas de 
macrodrenagem. A microdrenagem inclui a coleta das águas superficiais ou 
subterrâneas através de pequenas e médias galerias. Já a rede de macrodrenagem 
engloba, além da rede de microdrenagem, galerias de grande porte e os corpos 
receptores destas águas, rios ou canais. 
 
 
Obra de canalização do Córrego Bairro Preto, Trindade – Goiás. 
Fonte: Maccaferri 
 
 
Obra para contenção da erosão da Margem do Rio das Velhas. Santa Luzia- Minas Gerais. 
Fonte: Maccaferri 
 
 
3 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
 
Obra de recuperação do leito natural. Córrego Igaratá, Vinhedo – São Paulo. 
Fonte: Maccaferri 
 
 
 
• Drenagem urbana e sistema de coleta de esgoto 
O córrego do Ribeirão Anhumas encontrava-se com taludes protegidos com 
gabiões e/ou vegetação natural ou camada de revestimento de concreto, porém em 
seções geométricas e declividades aquém das necessidades das vazões afluentes, 
ocasionando frequentes transbordamentos e trazendo transtorno aos usuários da 
Avenida José de Souza Campos. O projeto de canalização visou conter as 
enchentes mais frequentes, dentro do seu leito, e proporcionou em cada margem, 
mais uma faixa de tráfego na avenida localizada próxima à parede do canal. O 
referido projeto considerou primeiramente só a construção dos interceptores de 
esgoto, aproveitando depois a mesma vala de escavação para a canalização do 
ribeirão. A obra foi idealizada de maneira diferente, como um interceptor de esgoto, 
mas decidiu-se por fazer sistemas separados e independentes (esgoto e canal) 
evitando que o esgoto também transbordasse caso ocorresse outra inundação. 
 
Obra de canalização do Ribeirão Anhumas. Campinas, SP. 
Fonte: http://www.fec.unicamp.br/~ec517/anhumas.htm 
 
 
4 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
• Dissipador de energia 
Por definição, dissipadores de energia são dispositivos que visam promover a 
redução da velocidade de escoamento nas entradas, saídas ou mesmo ao longo da 
própria canalização de modo a reduzir os riscos dos efeitos de erosão nos próprios 
dispositivos ou nas áreas adjacentes. 
Pode-se citar como elemento de dissipação, as escadas dissipadoras, que 
são canaletas geralmente abertas, com fundo construído em forma de degraus 
visando reduzir a velocidade das águas superficiais, em encostas com inclinações 
elevadas. Podem transportar grandes vazões, devendo ser executadas no local, em 
concreto armado ou com gabiões. A principal vantagem sobre as canaletas e tubos 
de concreto é a de conduzir grande volume de água em fortes inclinações, com 
menor desgaste e sem necessidade de caixas de dissipação. 
 
 
Obra de drenagem. Escada dissipadora de energia. Serra dos Carajás, PA. 
Fonte: Maccaferri 
 
 
 
• Agricultura e abastecimento 
O Canal da Integração constitui-se de um complexo de estação de 
bombeamento, canais de diferentes seções, sifões, adutoras e túneis, que realizam 
a transposição das águas do Açude Castanhão para reforçar o abastecimento da 
Região Metropolitana de Fortaleza, assim como do Complexo Portuário e Industrial 
do Pecém, fazendo a integração das bacias hidrográficas do Jaguaribe e Região 
Metropolitana de Fortaleza. 
Também conhecido como Eixão das Águas, é composto por adutoras, 
estações elevatórias, reservatórios, aquedutos e canais com extensão total de 256 
km, destacando-se como a maior obra de infraestrutura hídrica do Ceará garantindo 
 
5 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
o abastecimento de água para 4,2 milhões de pessoas da região metropolitana de 
Fortaleza nos próximos 30 anos. 
 
Obra do canal o cinturão das águas e interligação. Região de Cariri - Fortaleza. 
Fonte: http://www.srh.ce.gov.br/notícias 
 
Fonte: hhtp://www.srh.ce.gov.br/canal-de-integracao 
 
 
• Tratamento de Água e Esgoto 
A Calha Parshall é um dispositivo tradicionalmente usado parar medição de 
vazão em canais abertos de líquidos fluindo por gravidade, muito utilizado nas 
estações de tratamento de água para a realização de duas importantes funções: 
medir com relativa facilidade e de forma contínua as vazões de entrada e saída de 
água e atuar como misturador rápido, facilitando a dispersão dos coagulantes na 
água, durante o processo de coagulação devido a condição de que o ressalto 
hidráulico produz uma dissipação de energia bastante significativa aliada ao fato de 
que o estreitamento da garganta do Parshall favorece a uma distribuição mais 
homogênea do coagulante. 
Quando aplicada na estação de tratamento de esgoto, uma calha "Parshall" 
têm a finalidade de medir a vazão de entrada do esgoto bruto e outra tem a 
 
6 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
finalidade de medir a vazão de saída do esgoto tratado a fim de detectar eventuais 
diferenças. 
 
https://pt.wikibooks.org/wiki/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos/Medidores_em_canais_abertos 
 
 
• Controle de cheia 
Quando ouvimos falar em obras de prevenção de enchentes em São Paulo, 
logo vem a palavrão piscinão. Na verdade o termo técnico é reservatório de 
detenção. Sua função é retirar, por algum tempo, a quantidade de água do sistema 
de drenagem, durante a ocorrência das chuvas intensas. 
Os reservatórios de detenção podem ter um caráter multifuncional agregando 
áreas verdes e de lazer e, compondo projetos urbanísticos com valorização da 
presença de água em espaço urbano. Várias são as vantagens da construção deste 
tipo de obra hidráulica, tais como: depois de construídos, causam pouca 
interferência no tráfego de veículos e no funcionamento de atividades de comércio e 
serviços; facilitam a limpeza e diminuemseu custo, pois os sedimentos e o lixo 
carreados pelas águas de chuva acabam concentrados em um único ponto; 
reduzem os custos de canalizações a jusante, pois armazenam grandes volumes de 
água pluvial. 
Têm-se dois tipos de reservatórios. O reservatório fechado é empregado em 
zonas urbanas altamente povoadas, onde não existem áreas para implantação de 
reservatório a céu aberto. A cobertura destes reservatórios, normalmente possibilita 
a utilização do espaço para atividades públicas ou privadas. Reservatórios a céu 
aberto armazenam água apenas durante eventos de chuva e podem ser construídos 
com fundo impermeabilizado, quando há risco de contaminação de águas 
subterrâneas pelas cargas elevadas de poluentes. A impermeabilização em concreto 
 
7 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
pode desempenhar outros tipos de funções, como a implantação de quadras de 
esportes e áreas de lazer. 
 
Fonte: http://www.solucoesparacidades.com.br/ 
 
Fonte: http://www.solucoesparacidades.com.br/ 
 
 
• Geração de energia 
Uma barragem, açude ou represa, é uma barreira artificial, feita em cursos de 
água para a retenção de grandes quantidades de água. A sua utilização é, 
sobretudo para abastecer de água zonas residenciais, agrícolas, industriais, 
produção de energia elétrica, ou regularização de uma vazão. 
Já o vertedouro, vertedor, sangrador ou sangradouro é uma estrutura 
hidráulica que pode ser utilizada para diferentes finalidades, como medição de vazão 
e controle de vazão, sendo estes os principais usos. Quando o objetivo é a medição 
de vazão, uma geometria bastante empregada é a triangular de parede delgada, 
embora possam ser empregadas as formas retangular, semicircular, entre outras. 
Em barragens, o excesso de água deve ser descarregado para jusante de forma 
segura. Isto pode ser feito de diferentes formas, sendo a principal delas com o uso 
de vertedores. 
 
8 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
 
Fonte: https://www.itaipu.gov.br/energia/caracteristicas-tecnicas-do-vertedouro 
 
 
• Navegação 
A utilização dos rios como via de transporte/navegação sempre foi presente 
na história da humanidade. Em países desenvolvidos, onde a rede de transporte 
terrestre é extremamente desenvolvida, as hidrovias ainda assim são de 
fundamental importância. Uma característica positiva desse meio de transporte é o 
baixo custo, por essa razão o transporte ferroviário não substituiu o hidroviário, com 
exceção dos lugares impróprios para a implantação de hidrovias. 
Como exemplo de canal de navegação cita-se o Canal Pereira Barreto, 
situado próximo à cidade brasileira de Pereira Barreto, no Estado de São Paulo, é 
considerado o maior canal artificial da América do Sul. Trata-se de um canal 
navegável, com 9.600 m de extensão que interliga o lago da barragem da Usina 
Hidrelétrica de Três Irmãos, no rio Tietê, ao rio São José dos Dourados, afluente da 
margem esquerda do rio Paraná e ao reservatório de Ilha Solteira, propiciando a 
operação de geração de energia integrada. 
 
Fonte: https://www.facebook.com/SegundoMaiorCanalArtificialDoMundoPereiraBarretoSp/photos 
 
 
9 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
 
Fonte: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/Informacao 
 
Os trechos hidroviários mais importantes, do ponto de vista econômico, 
encontram-se no Sudeste e no Sul do País. O pleno aproveitamento de outras vias 
navegáveis depende da construção de eclusas, grandes obras de dragagem e, 
principalmente, de portos que possibilitem a integração intermodal. Entre as 
principais hidrovias brasileiras, destacam-se duas: Hidrovia Tietê-Paraná e 
a Hidrovia do Solimões-Amazonas. 
As eclusas são câmaras que ao serem cheias, com água, elevam as 
embarcações e as abaixam ao serem esvaziadas. Neste processo a eclusa usa 
exclusivamente a força da gravidade para o seu funcionamento. Com a construção 
das eclusas de Barra Bonita, o Rio Tietê tornou-se navegável desde a região de 
Conchas até a sua foz no rio Paraná, sendo utilizado para o turismo e transporte de 
cargas, como milho, soja, cana de açúcar, álcool, calcário, etc. 
 
Fonte: http://www.topodomundo.com.br/wp-content/uploads/2014/01/Ecbarb08.jpg 
 
 
 
 
 
 
10 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
Casos Gerais dos Escoamentos Livres 
 
Escoamentos Não Permanentes (Transitórios)
Caso Particular
Caso Geral
Escoamentos Permanentes
Escoamentos Não Permanentes 
(Transitórios)
Escoamentos Permanentes
Uniforme
Variado
Gradualmente Variado
Bruscamente Variado
Uniforme
Variado
Gradualmente Variado
Bruscamente Variado
 
 
 
 
 
 
Prof. Gilberto Fialho CEESA - 2006 (Hidráulica) 8
Escoamento Permanente: Q = c
te
Escoamento Permanente e Uniforme:
Q = cte
vmédia = c
te
y = cte ; (tirante de água)
Escoamento Permanente e Variado:
Q = cte
A ≠ cte
vmédia ≠ cte
Escoamento Permanente 
Gradualmente Variado:
Moderado Gradiente de Velocidades
Escoamento Permanente 
Bruscamente Variado:
Acentuado Gradiente de Velocidades
Escoamento Não Permanente:
Profundidade em uma dada seção varia 
ao longo do tempo.
Ex.: enchimento e esvaziamento de eclusas, 
golpe de aríete, ondas do mar
Q ≠ cte

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