Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
HIDRÁULICA E HIDROLOGIA APLICADA • Referências bibliográficas: HIDRÁULICA • Hidráulica: estudo do comportamento dos fluídos. • Hidrostática: água em repouso. • Hidrodinâmica: água em movimento. – Hidráulica de condutos forçados: sob pressão. – Hidráulica de condutos não forçados: livres, abertos, à pressão atmosférica. – Hidráulica marítima HIDROLOGIA – A hidrologia é a ciência que estuda a ocorrência, distribuição e movimentação da água no planeta Terra. – A hidrologia teve seu maior impulso no século XX, devido à necessidade das grandes obras hidráulicas. – Os insucessos que vinham acontecendo anteriormente com as obras nas calhas dos rios, resultantes principalmente de estimativas insuficientes de vazões de enchentes, traziam conseqüências desastrosas que se agravam com a ampliação do porte das obras e o crescimento das populações ribeirinhas, bem como, com as repercussões do colapso operacional desses empreendimentos sobre a economia das nações. HIDRÁULICA E HIDROLOGIA APLICADA • O projeto de obras hidráulicas de drenagem, canalização, barragens, vertedores, comportas, pontes, estradas e ferrovias (obras lineares em geral) tem a necessidade de estimar as vazões de escoamento superficial de bacias de contribuição. • Dessa forma, o conhecimento da hidrologia é necessário para o bom dimensionamento de obras hidráulicas. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Ocorrência de condutos livres: • Canais Naturais – Rios – Estuários • Canais Artificiais – Condutos fechados: Circulares, Retangulares, Ovais... – Condutos abertos (escavados): Semi-circulares, Retangulares, Trapezoidais, Triangulares, etc. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Hidráulica teórica – Hidrostática – Hidrodinâmica • Hidráulica aplicada – Drenagem – Sistemas de abastecimento e esgotamento – Irrigação – Geração de energia – Hidrovias ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Sistemas de Drenagem Urbana • Mmicrodrenagem: – Coleta das águas superficiais ou subterrâneas através de pequenas e médias galerias • Macrodrenagem: – Além da rede de microdrenagem, inclui as galerias de grande porte e os corpos receptores destas águas, os rios ou canais. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Aqueduto Romano no Mediterrâneo, do séc III d.c. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Canal do Panamá (Fonte: Uol) ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Canal do Panamá (Fonte: Wikipedia) ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Calha do Córrego Pirajussara, São Paulo. • Canalização assoreada do Córrego Uberaba, sob a Avenida dos Bandeirantes, São Paulo, 1996 ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Calha do Córrego Pirajussara, São Paulo. • Canalização assoreada do Córrego Uberaba, sob a Avenida dos Bandeirantes, São Paulo, 1996 • Rio Tietê São Paulo, 1998 • Obra de canalização do Ribeirão Anhumas. Campinas, SP. • Fonte: http://www.fec.unicamp.br/~ec517/anhuma s.htm • Obra do canal o cinturão das águas e interligação. Região de Cariri - Fortaleza. – Fonte: http://www.srh.ce.gov.br/notícias • Garantir o abastecimento de água para 4,2 milhões de pessoas da região metropolitana de Fortaleza nos próximos 30 anos. • Fonte: http://www.solucoesparacidades.com.br/ • Fonte: https://www.itaipu.gov.br/energia/caracteristicas -tecnicas-do-vertedouro Canal Pereira Barreto (SP) • 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. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Grandezas e unidades (Sist. Internacional): – Comprimento (m) – Massa (kg) – Tempo (s) – Força (N) – Energia (J) – Potência (W) – Pressão (Pa) – Área (m2) – Volume (m3) – Vazão (m3/s) ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Unidades de vazão – 1 m3/s = 3.600 m3/h = 1.000 L/s = 3.600.000 L/h; – Exercício: 0,015 m3/s para m3/h, L/s e L/h. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Unidades de vazão – 1 m3/s = 3.600 m3/h = 1.000 L/s = 3.600.000 L/h; – Exercício: 0,015 m3/s para m3/h, L/s e L/h. – Resposta: 54 m3/h, 15 L/s e 54.000 L/h • Massa específica – ρ =massa por volume – Unidades: kg/m3, g/cm3 – Água (4ºC): 1.000 kg/m3 ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Peso específico: γ = peso por volume – Unidades: N/m3, kgf/cm3 – Água : γ = 9.810 N/m3 (1m³=1.000 kgf) • Observação: – F = m . a – P = m . g – N = g . P (kgf) – γ = ρ . g ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Um conduto livre tem como característica principal que a superfície do fluído é livre, sobre a qual atua a pressão atmosférica. • Rios, canais, calhas e drenos são condutos livres de seção aberta. • Tubos são condutos livres apenas quando funcionam parcialmente cheios, como é o caso das galerias pluviais e redes de esgoto. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Os canais possuem declividade de fundo para garantir o escoamento da vazão desejada na velocidade desejada. • Os conceitos relativos à linha piezométrica e a linha de energia são aplicados aos condutos livres de maneira similar aos condutos forçados. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Seção ou área molhada (Am): seção transversal perpendicular à direção de escoamento que é ocupada pelo líquido. • Perímetro molhado (Pm): comprimento da linha de contorno relativo ao contato do líquido com o conduto. • Largura superficial (B): Largura da superfície líquida em contato com a atmosfera. • Profundidade (y0): É a distância do ponto mais profundo da seção do canal e a linha da superfície livre. • Raio Hidráulico (Rh): É a razão entre a área molhada e o perímetro molhado. • Profundidade hidráulica (yh): Razão entre a área molhada (A) e a largura superficial (B). ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Seção transversal de um canal ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Exemplo: Calcular a seção, o perímetro molhado e o raio hidráulico para o canal trapezoidal a seguir (talude = 1 : 0,58; b = 1; h = 2) ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Exemplo: Calcular a seção, o perímetro molhado e o raio hidráulico para o canal trapezoidal a seguir (talude = 1 : 0,58; b = 1; h = 2 • Resposta • A = h(b + m.h) => A = 2(1+ 0,58.2) = 4,32m2 • P = b + 2.h(1+ m2)^1/2 => P = 1+2x2 (1+0,58^2)^0,5 = 5,62m • R = A/P => R = 4,32/5,62 = 0,77 m. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES 2 8,02,0 UU U 4 2 6,08,02,0 UUU U 6,0UU ou ou ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • A distribuição de velocidades não é uniforme na seção transversal de condutos livres devido ao atrito do líquido com o ar e com as paredes do conduto. • As velocidades aumentam da margem para o centro e do fundo para a superfície. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Isótacas: Linhas de igual velocidade Canais artificiais Canais naturais ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Os canais possuem declividade de fundo para garantir o escoamento da vazão desejada na velocidade desejada. • Os conceitos relativos à linha piezométrica e a linha de energia são aplicados aos condutos livres de maneira similar aos condutos forçados. ESCOAMENTOSEM CONDUTOS LIVRES • Tipos de Escoamento: ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Tipos de Escoamento: ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Escoamento Permanente Uniforme – O escoamento ou regime é permanente se a velocidade local em um ponto qualquer da corrente permanecer inalterado no tempo, em módulo e direção. Por conseguinte, a profundidade, a área molhada, o perímetro molhado e, etc, tem valor constante ao longo do canal, bem como a vazão é constante. – Nestas condições a linha energética total, a superfície do líquido e o fundo do canal possuem a mesma declividade, ou seja, J = I. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Escoamento Permanente Uniforme: • Regime permanente é quando a vazão é constante no tempo. • Regime uniforme é quando o perfil de velocidades é constante no espaço. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Apesar da diferença entre o escoamento livre e forçado, os princípios básicos que regem os escoamentos livres são os mesmos daqueles que regem os escamentos forçados. As equações fundamentais são as mesmas: – Equação da continuidade; – Equação da continuidade de movimento; – Equação de energia ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Equação da Continuidade: em cada seção transversal de um escoamento permanente, o valor da sua vazão (Q) é igual ao valor da área (A) ocupada pelo fluxo, multiplicado pelo valor da sua velocidade média (v) nessa seção: Q (m³/s) = A (m²) x v (m/s) ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Forças atuantes no escoamento piezométrica e de carga: ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Linhas piezométrica e de carga: ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Linhas piezométrica e de carga: – Quanto maior a inclinação de fundo Io, maior a velocidade, menor a energia potencial e maior a energia cinética. – Regime de escoamento permanente uniforme é quando a linha de energia é paralela a linha d’água e ao perfil longitudinal do fundo do canal. – Na transição entre diferentes inclinações, o regime de escoamento é permanente, pois a vazão é constante, mas é variado, pois a vazão permanece constante e a inclinação da linha de água é diferente de Io. ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES • Obra de canalização do Ribeirão Anhumas. Campinas, SP. • Fonte: http://www.fec.unicamp.br/~ec517/anhuma s.htm ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES
Compartilhar