Carga (Energia) específica - Nome dado à soma de alguns fatores contidos na

seção transversal do canal durante o escoamento

da água.

- Entres estes fatores estão:

• Altura do canal total – altura normal (Z);

• Altura da linha da água- carga piezométrica;

• Área

• Cinética (Velocidade/Movimento da água)

• Vazão (Q)

HIDRÁULICA

Carga (Energia) específica - A carga específica pode ser obtida em qualquer

seção transversal do conduto.

Onde:

• Ht = Carga Total

• Z = Carga altimétrica A= Área

• Y= Carga Piezométrica g = gravidade

• V= Carga cinética

HIDRÁULICA

- A Linha Piezométrica: Lugar geométrico das

extremidades dos segmentos (z+y) –

superfície livre, e a declividade denomina-

se Gradiente hidráulico.

HIDRÁULICA

- No caso de escoamento livre, a carga pode

ser substituída pela profundidade do

escoamento (Pressões consideradas

hidrostáticas)

HIDRÁULICA

Muitos fenômenos em canais podem ser analisados com o princípio da energia

H = z + y + aV2/(2g)

Carga AltimétricaCarga Piezométrica

Carga Cinética

A partir do fundo do canal (Bakmeteff em 1912)

Energia ou carga específica E = y + aV2/(2g)

Aquela disponível numa seção, tomando como referência um plano horizontal passando pelo fundo do canal, naquela seção

Q

Datum

yNova referência(z = 0)

z

Energia (carga) específica: é a distância vertical entre o fundo do canal e a linha de energia

Adotando a = 1 e da continuidade 2

2

2gA

QyE

- A energia específica em uma seção de

qualquer conduto livre, não se altera se

multiplicarmos e dividirmos a segunda

parcela do segundo membro pela

profundidade média

V²/ gym

ou

Fr= V/ Raiz gym

Deste modo: E=y+ (ym/2).Fr²

FATOR CINÉTICO E NÚMERO DE FROUDE

REGIME DOS ESCOAMENTOS

V= Q/A

E a energia específica

E= y + v²/2g = y+ Q²/2gA²

Sendo a Vazão constante e a área da seção função da

profundidade

A= f(y), e com isso a energia específica dependerá

apenas de y:

E= y+ Q²/ 2g[f(y)]

Fixando-se uma vazão Q2

2

2gA

QyE

E = E1 + E2 E2 = Q2/[2gA2]

E1 = yonde

f(y)

Energia mínima Ec yc Profundidade Crítica

E ∞

Para um dado valor E > Ec

2 profundidades yf > yc e yt < yc

Profundidades alternadas ou recíprocas

2 regimes de escoamento recíprocos

yt inferior, torrencial, rápido ou supercrítico

yf superior, fluvial, lento ou subcrítico

Como causar o regime supercrítico ?

O escoamento tranqüilo ou fluvial pode se

transformar em escoamento supercrítico ou

torrencial, mudando-se a seção do canal ou

aumentando-se consideravelmente a declividade.

Movimento Retardado

A existência de um obstáculo no canal (uma barragem, por exemplo) causa a elevação da profundidade, redução da velocidade e, consequentemente, o movimento variado retardado. Forma-se, dessa maneira, um remanso.

A variação de profundidade no caso de um remanso sempre é muito gradual, abrangendo longo trecho do canal (distâncias grandes).

Duas situações (declividades):1) Mesma vazão Q (uma curva)2) Mesma Energia3) Duas profundidades

Mesma hc

diminuição no nível de energia disponível:Regime supercrítico diminuição de yRegime subcrítico aumento de y

Até agora uma curva de energia associada a uma vazão

Acontece que em um canal não passa somente uma vazão

O aumento de Q produz uma mudança de y e também de yc

Uma determinada y pode ser subcrítica ou supercrítica, dependendo da Q em trânsito

cc E3

2y

para um canal família de curvas, cada uma uma vazão

• Os canais uniformes e o escoamento uniforme não

existem na natureza. (condições apenas se aproximam

do movimento uniforme).

• Essas condições de semelhança apenas acontecem a

partir de uma certa distância da seção inicial e também

deixam de existir a uma certa distância da seção final

(nas extremidades a profundidade e a velocidade são

variáveis).

Considerações

Canais relativamente curtos não podem prevalecer as

condições de uniformidade.

Em coletores de esgotos, concebidos como canais de

escoamento uniforme, ocorrem condições de remanso e

ressaltos de água onde o movimento se afasta da

uniformidade.

Nos canais com escoamento uniforme o regime poderá

se alterar, passando a variado em consequência de

mudanças de declividade, variação de seção e obstáculos.

Considerações