Hidráulica - Hidrometria

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DISCIPLINA: Hidráulica
CURSO: Bacharelado em Engenharia Civil
PROFESSOR: Eng. Amb. Ricardo Ricelli P. de Almeida
E-mail: engenheiroambientalfsm@gmail.com
Cajazeiras-PB
2017
HIDROMETRIA
HIDROMETRIA
 É a parte da Hidráulica que estuda os métodos e instrumentos para medição de vazão e velocidade em canais e canalizações. 
A ESCOLHA DO MÉTODO DEPENDE: 
 Do volume do fluxo de água;
 Das condições locais;
 Do custo ( existem equipamentos caros e outros simples e baratos);
 Da precisão desejada.
FINALIDADES
 Abastecimento urbano;
 Tarifação;
 Lançamento de esgotos;
 Geração de hidroeletricidade;
 Defesa civil (inundações);
 Irrigação.
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
 Gravimétrico: 
 Consiste na pesagem de um determinado volume de água obtido em um determinado tempo.
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
Vertedores são simples aberturas ou entalhes na parte superior de uma parede por onde o líquido escoa. Podem ser instalados em cursos d’água naturais ou artificiais.
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
 Vertedor Triangular:
 Maior precisão para pequenas vazões; 
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
Vertedor Retangular:
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
 Sem contração lateral: 
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
 VERTEDOR TRAPEZOIDAL (CIPOLLETTI: 
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
 Vertedor circular: 
TIPOS DE VERTEDORES E SUAS EQUAÇÕES PARA A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO
 Molinete: 
 São pás ou hélices que giram impulsionadas pela velocidade de escoamento; 
É necessário a determinação da área da seção de escoamento para a determinação da vazão (Q = A.V). 
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
A calha Parshall é um dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto com dimensões padronizados. 
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
É um dispositivo utilizado para medir a velocidade do escoamento e a vazão de um líquido incompressível através da variação da pressão durante a passagem deste líquido por um tubo de seção mais larga e depois por outro de seção mais estreita.
MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE VAZÃO 
São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d'água naturais e em canais construídos. Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se também aos extravasores de represas.
MÉTODO VOLUMÉTRICO 
 
 Medição do tempo gasto para encher um recipiente de volume conhecido.
 Q = Vol/t 
 Alternativa: pesar recipiente com volume conhecido (descontar peso do recipiente).
 Alteração do volume de água em um reservatório de volume conhecido.
 Q = ∆V/t ∆V = V2 – V1
MÉTODO VOLUMÉTRICO 
 
 Importante: Realizar 3 repetições e obter a média.
onde: Q ( L/s ) ; Vol ( L ) ; t ( s );
ORIFÍCIOS
 São aplicados para o controle e medida de vazão em recipientes tanques e canalizações;
 Nas instalações de água, frequentemente são empregados orifícios calibrados e ajustáveis, para medir vazões de soluções químicas.
BOCAIS
 O bocal de Kennison é um bocal calibrado, cujo o emprego é indicado para a medida de vazão nas canalizações que conduzem líquidos lodosos;
MEDIDORES ULTRA-SÔNICOS
 São medidores modernos, de alta precisão.
Vantagens: facilidade de instalação, sem necessidade de interromper o funcionamento (nenhuma peça dentro do tubo, apenas peças ajustáveis externamente).
MÉTODO VOLUMÉTRICO 
 
 Hidrômetro: 
 Medida de vazão em tubulações;
 O rotor é posto em movimento pela corrente de água;
 Acoplado a um mostrador, onde se lê o volume que passou pelo hidrômetro.
 Q = Vol/t
ESCOAMENTO LIVRE
 
 Podem ser classificados como naturais, que são os cursos d´águas existentes na natureza; ou artificiais, de seção aberta ou fechada, construídos pelo homem, como canais de irrigação, de navegação, aquedutos, galerias;
 Podem ser classificados como prismáticos, se possuírem ao longo do comprimento seção reta e declividade de fundo constantes, ou, caso contrário não prismáticos.
ESCOAMENTO LIVRE
 
 Também denominado escoamento em canais abertos;
 Caracterizados pela presença de uma superfície em contato com a atmosfera.
TIPOS DE ESCOAMENTO LIVRES
 
 NÚMERO DE REYNOLDS
Se Reynolds < 500  escoamento laminar;
Se Reynolds > 2000  escoamento turbulento;
De um modo geral, os escoamentos em canais são turbulentos.
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS CARACTERÍSTICOS
 Área Molhada (A): parte da seção transversal que é ocupada por um líquido.
 Perímetro molhado (P): comprimento relativo ao contato do líquido com o conduto.
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS CARACTERÍSTICOS
 Raio hidráulico (Rh): razão entre a área molhada e o perímetro molhado.
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS CARACTERÍSTICOS
 Largura superficial (B): largura da superfície em contato com a atmosfera;
 Profundidade (y): altura do líquido acima do fundo do canal. 
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS CARACTERÍSTICOS
 Profundidade hidráulica (yh): razão entre a área molhada e a largura superficial.
TIPOS DE ESCOAMENTOS LIVRES
 Escoamento sub-crítico
A profundidade y é relativamente grande, de modo que a velocidade V é pequena;
 Escoamento crítico
 Neste regime, a energia específica é mínima. 
 Escoamento super-crítico
 A profundidade y é relativamente pequena, de modo que a velocidade V é grande. 
TIPOS DE ESCOAMENTOS LIVRES
 Número de Froude:
Se Froude < 1 regime subcrítico (fluvial)
Se Froude = 1  regime crítico
Se Froude > 1  regime supercrítico (torrencial)
SECÇÃO DO CANAL RETANGULAR
b
SECÇÃO DO CANAL TRAPEZOIDAL
SECÇÃO DO CANAL TRIANGULAR
SECÇÃO DO CANAL CIRCULAR
SECÇÃO DO CANAL EM FORMA DE PARÁBOLA
PARÂMETROS GEOMÉTRICOS E HIDRÁULICOS CARACTERÍSTICOS
 As seções retangulares tem também emprego bastante amplo, sendo, no entanto, construídas em estruturas rígidas de forma a garantir a estabilidade das seções;
 As seções triangulares são utilizadas em canais de pequenas dimensões, tais como as sarjetas rodoviárias e urbanas; 
 As seções circulares são utilizadas para vazões reduzidas, de uso comum em redes de águas pluviais e bueiros.
VARIAÇÃO DA VELOCIDADE EM CANAIS
 
VARIAÇÃO DA VELOCIDADE EM CANAIS
 
VARIAÇÃO DA PRESSÃO EM CANAIS
 Assim, nos escoamentos livres, a diferença de pressões entre a superfície livre e o fundo não pode ser desprezada. 
VARIAÇÃO DA PRESSÃO EM CANAIS
 Nestas condições, pode-se assumir que:
 
Onde:
P: pressão.
: peso específico do líquido.
h: profundidade do ponto considerado.
VARIAÇÃO DA PRESSÃO EM CANAIS
Logo, nos escoamentos bruscamente variados deve-se introduzir correções nos valores da pressão hidrostática:
EQUAÇÃO DE CHÉZY
Onde C é função de rugosidade, forma da seção, profundidade.
EQUAÇÃO DE MANNING (1889)
Onde n é denominado coeficiente de rugosidade de Manning, exemplos:
EQUAÇÃO DE MANNING 
Logo, associando as equações de Chézy e de Manning:
COEFICIENTE DE MANNING 
COEFICIENTE DE MANNING 
COEFICIENTE DE MANNING 
RESSALTO HIDRÁULICO 
Exercícios
1) Calcular o raio hidráulico e a profundidade hidráulica do canal trapezoidal da figura, sabendo-se que a profundidade do fluxo é de 2 m.
 
Exercícios (Canal Trapeizodal) - Fórmulas
Exercícios (Canal Trapeizodal) - Fórmulas
2) Calcular a área molhada, o perímetro molhado e o raio hidráulico de um canal trapezoidal que possui um base de 2,2m, uma altura de água de 1,2 m e um talude de 1:2. 
3) Determine qual deve ser altura d’água, sabendo que: canal trapezoidal, talude 1:2, área da seção 0,5 m2 e base igual a 50 cm. 
Exercícios (Canal Trapeizodal) - Fórmulas
4) Determinar a velocidade de escoamento e a vazão de um canal
trapezoidal com as seguintes características: inclinação do talude 1:1; declividade do canal 0,0005 m/m, largura do fundo = 3 m e profundidade de escoamento = 1,1 m. Considerar um canal com paredes de terra, reto e uniforme (n=0,02). 
Exercícios 
5) Calcular a vazão de um canal retangular com as seguintes características:
largura do fundo = 1,5 metros
altura da lâmina normal = 0,80 metros
declividade = 0,3 m/m
material = madeira (n = 0,014) 
Exercícios 
 6) Determinar a declividade “i” que deve ser dada a um canal retangular para atender as seguintes condições de projeto: Q = 3 m3/s; h = 1,0 m; b = 2,2 m e paredes revestidas com concreto em bom estado (n = 0,014).