Aula 8 - Hidraulica II-Transição de canais

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Aula 8 – Transição de canais
Profª Juliana Otomo
email: julianaotomo@uni9.pro.br
Aplicação da Energia específica
em transições
• Muitas vezes, o canal precisará passar sob uma estrada ou
será suspenso em algum trecho, outras vezes, o mesmo
sofrerá redução ou alargamento de sua seção;
• Os conceitos de energia e regime crítico são utilizados para
analisar o comportamento da linha d’água nessas situações;
A ponte de água Magdeburg, Alemanha.
Fonte: 
https://acqualisengenharia.com.br/acqualis-
lagoa-da-conceicao/
Aplicação da Energia específica
em transições
• Para estas situações, são necessárias estruturas
hidráulicas, a fim de causar o mínimo de perda de
carga e não modificar as condições de escoamento
à sua montante (evitar transbordamento e
represamentos);
• O efeito da transição pode alterar o tipo de
escoamento de subcrítico (fluvial) para supercrítico
(torrencial) ou o contrário;
• As transições serão curtas e de geometria suave
para que se possa desprezar as perdas de carga.
Transição: Redução da largura do canal
• Canal retangular de b1 na seção 1 e largura b2 (b2<b1) na seção 2.
• q2>q1 (“q” é a vazão unitária) 2 situações sendo a Energia constante:
1ª - Seção 1 está em regime FLUVIAL
y1>y2>yc
2ª - Seção 1 está em regime TORRENCIAL
y1<y2<yc
Fluvial
Torrencial
q2>q1
q1
E1 E
y
y1
y2
y1
y2
Transição: 
Redução da largura do canal
• Reduzindo b2, aumenta q2 até um ponto em que a E1 tangencia
a curva de q2. A altura d’água será uma só, a yc independente do
tipo de escoamento que ocorrer na seção 1.
• q2 será crítica. Portanto a redução da largura do canal na seção 2
terá um limite para evitar mudança no escoamento
Fluvial
Torrencial
qc2
q2>q1
q1
E1 E
y
y1
y2
y1
y2
yc
Transição: 
Redução da largura do canal
• Se a largura da seção 2, diminuir além do limite para mudança
no regime de escoamento, a reta de E1 não cortará a curva q2.
Em outras palavras, a energia disponível na seção 1 não é
suficiente para manter o regime de escoamento da seção 2,
assim y1 irá se ajustar para a seção 2 produzir o regime crítico.
Fluvial
Torrencial
qc2
q2>q1
q1
E1 E
y
y1
y2
y1
y2
yc
q2>qc2
E+1
y+1
Exemplo
• Um canal retangular com 3,0 m de largura, profundidade da lâmina d’água
de 1,26 m, rugosidade n = 0,014 e declividade de fundo
I0 = 0,0008 m/m transporta em regime permanente e uniforme uma vazão
de 6,0 m3/s. Em uma determinada seção, a largura é reduzida suavemente
para 2,40 m, assim qual a altura d’água nesta seção? Qual deveria ser a
largura da seção contraída para que o escoamento seja crítico, sem
alteração das condições do escoamento a montante? Despreze as perdas
na transição.
Fluvial
Torrencial
q2>q1
q1
E1 E
y
y1
y2
y1
y2
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2,20
2,40
2,60
2,80
3,00
3,20
3,40
3,60
3,80
4,00
4,20
1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20
E/yc
y/yc
Fluvial
Torrencial
Transição: Elevação do fundo do canal
Um canal retangular de largura constante  q
constante, no qual em uma determinada seção
há uma elevação no fundo de altura ∆Z.
Desprezando as perdas de carga, a equação da
conservação de energia entre as seções 1 e 2
será => E1 = E2 + ∆Z.
2 situações:
1ª - seção 1 em escoamento
FLUVIAL: para E1 tem-se y1>yc, na
seção 2 y2 <y1 e >yc.
2ª - seção 1 em escoamento
TORRENCIAL: para E1 tem-se
y*1<yc, na seção 2 y*2>y*1 e <yc.
E1 E2
A*B
*
B
A
y*1
y1
y*2
y2
yc
y q = cte
ΔZ
E2 E1 E
Fluvial
Torrencial
Transição: 
Elevação e depressão do fundo do canal
Transição: 
Elevação do fundo do canal
Se altura ∆Z for aumentada, até que a reta E2 tangencie a curva de
energia, a altura d’água será yc independente do tipo de escoamento.
Trata-se de uma situação limite, onde a energia disponível em 2 ainda é
suficiente para veicular a vazão da montante sem alteração do regime
de escoamento.
Aumentando-se ainda mais
o nível de fundo na seção 2,
a energia na seção 2 será
menor que a crítica e as
perturbações ocasionadas
serão refletidas a montante,
ocorrendo remanso por
exemplo.
A+
A*B
*
C
B
A
y*1
y1
y*2
y2
yc
y+1
y q = cte
ΔZ
ΔZc
ΔZ+
E2 E1Ec E
+
1
E
Fluvial
Torrencial
1) A água está escoando em uma velocidade de 3 m/s com profundidade de 3 m, em um
canal retangular. Encontre a mudança na profundidade e no nível absoluto da água
produzida por:
A) Ascensão do fundo do canal de 0,3 metros
B) Depressão do fundo do canal de 0,3 metros
C) ΔZMax
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2,20
2,40
2,60
2,80
3,00
3,20
3,40
3,60
3,80
4,00
4,20
1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 4,20
E/yc
y/yc
Fluvial
Torrencial
2) Um canal retangular com b=3m, V=3m/s e y=3m. Havendo uma ascensão do fundo do 
canal de 0,6 m. Qual deve ser a expansão ou contração da largura para que as condições 
de montante não sejam afetadas?
Exercício para entregar
1) Em um canal retangular de 5 m de largura escoa em regime permanente e
uniforme uma vazão de 1_ m3/s, com uma declividade de fundo de I0=1m/km e
coeficiente de rugosidade n=0,021. Em uma determinada seção, uma elevação de
0,20 m de altura é construído no fundo do canal e nesta mesma seção a largura é
reduzida para 4 m.
Desprezando as perdas de carga, verifique se a transição afetou as condições a
montante e determine a altura d’água na seção. Se as condições de escoamento
não foram alteradas, qual deverá ser a máxima altura da elevação, sem que isto
ocorra?
2) A água está escoando numa velocidade de 4,1_ m/s com uma profundidade de 0,6 m, 
em um canal de seção retangular. Encontre a mudança na profundidade e o nível absoluto 
da água produzida por:
a) Ascensão gradual do fundo do canal, com espessura de 0,15 m;
b) Rebaixamento gradual do fundo do canal, em 0,15m;
c) Encontre o tamanho (altura) máxima aconselhável para o degrau, para que o escoamento 
à montante não sofra variações.