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Tema_3_2011

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Onde: 
h perda de carga em algum ponto do circuito hidráulico (m); 
V velocidade do escoamento (m/s) 
g aceleração da gravidade (m/s2) 
K coeficiente de perda de carga, que varia para cada caso. 
g
v
kh ii
2
2
' 
4. Órgãos Adutores. 
Canais - dimensionamento 
UFRJ 
49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
. 
 
. 
 
. 
 
 Estimativa das perdas de carga = cte * energia cinética escoamento 
 Perda na aproximação 
 Perda na grade da tomada d´água 
 Perda em canais 
 
 
 
 
 
Onde: 
h perda de carga em algum ponto do circuito hidráulico (m); 
V velocidade do escoamento (m/s) 
g aceleração da gravidade (m/s2) 
K coeficiente de perda de carga, que varia para cada caso. 
COEFICIENTES DE RUGOSIDADE 
 
g
v
kh ii
2
2
' 
4. Órgãos Adutores. 
Canais - dimensionamento 
UFRJ 
50 
 
Arranjos com túnel de adução: Quando a casa de força da 
PCH não é incorporada ao barramento, poderá ser cogitada 
a adução das vazões através de túnel, como exposto 
anteriormente no ítem ARRANJO E TIPO DAS 
ESTRUTURAS. 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
51 
 
Arranjos com túnel de adução: 
Essa opção, normalmente, será considerada nos seguintes 
casos: 
• quando a topografia for desfavorável à adução em canal 
ou conduto de baixa pressão; 
• quando a rocha no trecho a ser atravessado pelo túnel se 
mostrar de boa qualidade, de baixa permeabilidade e sem 
suspeita de ocorrência de materiais erodíveis ou solúveis; 
• quando houver suficiente cobertura de rocha ao longo da 
diretriz prevista para o túnel; 
• quando houver solução econômica para a implantação de 
uma chaminé de equilíbrio (se esse dispositivo se mostrar 
necessário). 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
52 
 
Arranjos com túnel de adução: O mais comum nestes casos 
é ter o túnel de baixa pressão, com pequena declividade e a 
chaminé de equilíbrio e o túnel de alta pressão ou conduto 
forçado a céu aberto até a casa de força. 
Em alguns casos não se caracterizam os trechos de baixa e 
de alta pressão, com o ângulo de mergulho do túnel sendo 
ditado pela busca de cobertura de rocha mais favorável. 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
53 
 
Arranjos com túnel de adução: O traçado do túnel deve 
representar, de preferência, a ligação mais curta entre a 
tomada d’água e a casa de força e deve atender ao critério 
de cobertura mínima de rocha preconizado por Bergh-
Christensen e Dannevig (1971), cujos conceitos são os 
seguintes: 
 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
54 
 
Arranjos com túnel de adução:, 
 
 
 
 
onde, 
 L menor distância (cobertura), a partir do túnel, em qualquer direção, 
até a superfície estimada do topo rochoso, medida no plano da seção 
longitudinal (na direção do eixo do túnel) e na seção transversal (na 
direção perpendicular ao eixo do túnel), de cada seção/estaca (m); 
H carga estática máxima de pressão d'água na seção em estudo (m); 
K coeficiente de sobrelevação para a pressão, adotado 1,3 ; 
 massa específica da rocha (t/m3); 
b menor inclinação média da superfície do terreno natural, verificada 
na seção longitudinal e na seção transversal. 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
 cosr
KH
L 
 r
 
UFRJ 
55 
 
 
 
ARRANJO DE TÚNEL COM TRECHOS EM BAIXA E EM ALTA PRESSÃO
ARRANJO DE TÚNEL COM INCLINAÇÃO EM DIREÇÃO À CASA DE FORÇA
ARRANJO DE TÚNEL EM BAIXA PRESSÃO ACOPLADO A CONDUTO FORÇADO A CÉU ABERTO
 cosr
KH
L 

H L
N
N'
ESTACA N
VERIFICAÇÃO DO CRITÉRIO DE COBERTURA, EM UMA SEÇÃO,
QUANTO ÀS CONDIÇÕES DO PERFIL LONGITUDINAL

H
L
SEÇÃO NN'
ESTACA N
VERIFICAÇÃO DO CRITÉRIO DE COBERTURA, NA MESMA SEÇÃO,
QUANTO ÀS CONDIÇÕES DO PERFIL TRANSVERSAL
 
 
 
 
UFRJ 
57 
 Entrada e saída a superfície livre 
 
 
 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
58 
 Grandezas características: Q, D, J 
 J= perda de carga unitária = h/L 
 Problemas que podem aparecer: 
 1) Dados Q e D, achar J; 
 2) Dados D e J, achar Q; 
 3) Dados Q e J, achar D. 
 Formas de resolver. 
 Método empírico para cálculo de encanamentos, fórmulas de 
Hazen-Williams 
 
 
 
C - coeficiente depende natureza das paredes 
V – velocidade média do escoamento 
54,063,0
54,063,2
355,0
2788,0
JcDv
JcDQ


4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
59 
4. Órgãos Adutores. 
 Túneis de adução - dimensionamento 
 Vantagem: número de experimentações dessas fórmulas tão 
grande que resultados são muito bons para diâmetros entre 
50 cm e 3,5 m. 
 Exemplo do caso 3: cálculo do diâmetro econômico; 
 supondo tubulação longa: h = hn 
 
 
 
 
 
Com J1 e Q, D1 
 
 
 encanamento é longo e a resposta correta é D1 
 
 
 
 
 
 
 
 
Então, o encanamento é longo e a resposta é D1 
 
 
 
 
L
h
J 1
%1
2
355,0
´
´
´´
2
1´
54,0
1
63,0
11







n
a
an
a
h
h
se
hhh
g
v
kh
JcDv
UFRJ 
60 
 Se não, faço segunda tentativa: 
 Exemplo do caso 3: cálculo do diâmetro econômico; 
 supondo tubulação longa: h = hn 
 
 
 
 
 
Com J2 e Q, D2 
 
Se então, ok 
 
 
 
 
 
Então, o encanamento é longo e a resposta é D1 
 
 
 
 
L
h
J n
´
2 
%1
1
12 

D
DD
4. Órgãos Adutores. 
 Túneis de adução - dimensionamento 
UFRJ 
61 
 Se não,faço terceira tentativa repetindo procedimento da 
segunda tentativa : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Com J3 e Q , acho D3 e , depois, verifico: 
 
 então, ok, etc 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L
h
J
hhh
hhh
g
v
kh
JcDv
n
an
an
a
´
3
''''
''''
2
2''
54,0
2
63,0
22
2
355,0








%1
2
23 

D
DD
4. Órgãos Adutores. 
 Túneis de adução - dimensionamento 
UFRJ 
62 
 Método racional para cálculo de tubulações: fórmula de 
Darcy-Weisbach 
 
 
 
 
 
f – coeficiente de Weisbach. 
f obtém-se do diagrama de Hunter House, com D/e e R 
Onde R é o número de Reynolds do escoamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5
2
2
0826,0
2
1
D
Q
fJ
g
v
f
D
J



vD
R 
4. Órgãos Adutores. 
Túneis de adução 
UFRJ 
63 
5. Exemplo 
Determinar a potência a ser instalada em um aproveitamento hidrelétrico com 
25 m queda bruta e uma descarga de projeto de 3 m3/s, sabendo-se que a 
unidade turbogeradora é alimentada por um sistema adutor constituído de um 
canal entre a barragem e a câmara de carga e de uma tubulação forçada em aço 
alimentando uma única unidade geradora, entre a câmara de carga e a casa de 
máquinas, apresentando as seguintes dimensões: 
Tomada d’água do canal 
- Grade constituída com barras de ferro redondas, 3/8” diâmetro, 
espaçadas de 30 mm, inclinadas de 850 em relação ao piso da tomada d’água, 
cobrindo uma área bruta de 1,0 m de altura x 2,0 m de largura. 
 
Canal 
- Em concreto, com acabamento de argamassa de cimento na proporção 1:3, 
seção retangular uniforme, com área útil de 1,0 m de altura x 2,0 m de 
largura, 500 m de comprimento e com curvas suaves. 
 
UFRJ 
64 
5. Exemplo 
Tomada d’água da tubulação forçada, na câmara de carga 
- Grade construída com barras de ferro com arestas vivas, de seção 
retangular 10 mm x 60 mm, espaçadas de 35 mm, inclinadas de 900 em 
relação ao piso da tomada d’água, cobrindo uma área bruta de 2,0 m de altura 
x 1,5 m de largura. 
- Boca da tubulação forçada em forma de campânula. 
 
Tubulação forçada 
- Construída em chapa de aço soldada, diâmetro nominal 36” (91,44 cm 
externo), espessura de parede 1/4” (0,635 m) e 40 m de comprimento. 
 
UFRJ 
65 
5. Exemplo 
Cálculo das perdas de carga no sistema adutor 
 
 Perda de carga na tomada d’água do canal 
 
 Perda de carga inicial 
 
 
 Descarga 
 
 Área de escoamento 
 
 
 Velocidade da água 
 
 
 
 Perda de carga 
 
g
v
kh ii
2
2
' 
10,0ik
smQ /0,3 3
20,221 mxA 
sm
A
Q
v /5,1
0,2
0,3

m
x
hi 0115,0
81,92
5,1
10,0
2
' 
UFRJ 
66 
5. Exemplo 
Cálculo das perdas de carga no sistema adutor