Upload
digorito
View
92
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Condutos LivresCanais
Disciplina: CIV271 - HIDRULICACurso: ENGENHARIA AMBIENTAL
ESCOLA DE MINAS - UFOPOuro Preto / 2010
2Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres:
Caractersticas dos escoamentos em condutos livres; Exemplos de escoamentos em condutos livres
Elementos geomtricos da seo transversal
Tipos de escoamentos: Permanentes e no-permanentes
Escoamento laminar e turbulento
Escoamento crtico, subcrtico e supercrtico
Distribuies de velocidade Coeficientes de correo para perfis no-retangulares
Variao de presso com a profundidade na seo
3Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres: escoamento com superfcie livre, sujeita presso atmosfrica; condutos de seo aberta ou de seo fechada, parcialmente cheia; condutos naturais ou artificiais. exemplos:
rios e correntes naturais, sarjetas e galerias de guas pluviais, canais artificiais, canais de irrigao, coletores de esgotos, aquedutos etc.
Rio canalizado Rio Tiet - SP
4 Escoamento em condutos livres: Exemplos (Cont.):
Calha do Crrego Pirajussara - SP Galeria assoreada - Crrego Uberaba/SP
Aqueduto romano no Mediterrneo (Sc. III d.c.)
Condutos Livres - Conceitos fundamentais
5triangularretangular
semi-hexagonaltrapezoidal
Escoamento em condutos livres: Elementos geomtricos da seo transversal:
Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Conduto
Natural
Artificial
Fechado
Aberto (escavado)
Pequeno => circularGrande => retangular, ferradura, ovide
Cursos dgua
6 Escoamento em condutos livres: Elementos geomtricos da seo transversal:
Seo trapezoidal: rea molhada => Permetro molhado => Largura superficial =>
Seo retangular: rea molhada => Permetro molhado => Largura superficial =>
Seo triangular: rea molhada => Permetro molhado => Largura superficial =>
Seo circular parcialmente cheia: rea molhada => Permetro molhado =>
Largura superficial =>
Condutos Livres - Conceitos fundamentais
( )zybyA +=z12ybP 2++=
byA =2ybP +=
yzA 2=z12yP 2+=
( )sen8
DA2
=
2DP =
2zybB +=
bB =
2zyB =
2DsenB =
7 Escoamento em condutos livres: Elementos geomtricos da seo transversal (Cont.):
Altura hidrulica ou profundidade mdia Hm:(altura do retngulo de rea equivalente rea molhada A);
Condutos Livres - Conceitos fundamentais
BA
Hm =
Raio hidrulico da seo RH (RH = A / P = DH / 4); Dimetro hidrulico da seo DH; Declividade do fundo do canal Io = tg sen (declividade longitudinal do canal) Declividade da linha dgua (linha piezomtrica) Ia Declividade da linha de energia If Altura de escoamento da seo h (medida perpendicularmente ao fundo do canal) Altura dgua, tirante ou profundidade da lmina dgua y (distncia vertical do ponto mais
baixo da seo do canal at a superfcie livre).
8Gradualmente EPGV(Curvas de Remanso)
Bruscamente EPBV(Ressalto Hidrulico)
Variado
Escoamento em condutos livres: Tipos de escoamentos:
EscoamentoPermanente
No permanente
Uniforme - EPU
Condutos Livres - Conceitos fundamentais
9Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres: Exemplos de escoamentos:
Escoamento permanente e uniforme:
LE // SL // Fundo
Escoamento permanente e variado:
LE SL Fundo
10Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres: Outras classificaes dos escoamentos:
Escoamento laminar e turbulento:Nmero de Reynolds Re:
Para a dimenso caracterstica da seo L = RH e = / , vem:
Ou, em termos do dimetro hidrulico DH = 4 RH:
Para os canais, os regimes de escoamento ocorrem para:Re < 2000 regime laminar;Re > 8000 regime turbulento (h na literatura a faixa Re > 40000);2000 < Re < 8000 regio crtica.
VLReLV
VLFFRe
22
V
I==>==
RVRe H=
DVRe H=
11Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres: Outras classificaes dos escoamentos:
Escoamento crtico, subcrtico e supercrtico:Nmero de Froude Fr:
gLV
FLVL
FFF r3
22
G
Ir ==>==
HgV
Fm
r =
AgBQ
HgV
F 32
m
r ==
Para a dimenso caracterstica da seo L = Hm, vem:
Ou, sabendo que Hm = A / B e V = Q / A :
Nos canais, podem ocorrer os seguintes regimes de escoamento:Fr = 1 regime crtico;Fr < 1 regime subcrtico, fluvial ou lento;Fr > 1 regio supercrtico, torrencial ou rpido.
12Condutos Livres - Conceitos fundamentais Escoamento em condutos livres:
Distribuies de velocidade:As distribuies de velocidade no lquido em condutos livres funo, principalmente, da resistncia do fundo e
das paredes; resistncia superficial da atmosfera e ventos; resistncia interna da viscosidade do fluido e da acelerao da gravidade.
Distribuies de velocidade na seo transversal e segundo uma vertical:
13Condutos Livres - Conceitos fundamentais
Escoamento em condutos livres: Distribuio de velocidade segundo uma vertical:
Velocidade mdia em uma vertical (relaes prticas):
4v2vv
v2vvV 0,6h0,8h0,2h0,6h0,8h0,2h
++
+
Velocidade mxima em uma vertical => ocorre entre 0,05h e 0,25h da superfcie livre.
14Condutos Livres - Conceitos fundamentais Escoamento em condutos livres:
Correes para as distribuies de velocidade no-retangulares: Para a energia cintica da corrente (Coeficiente de Coriolis):
Em que:v - velocidade pontual;V - velocidade mdia da corrente na seo transversal;A - rea da seo transversal da corrente.
Para a quantidade de movimento da corrente (Coeficiente de Boussinesq):
AV
dAv 3
A3
=
AV
dAv2
A2
=Observaes:1. Para escoamento turbulento em canais prismticos razoavelmente retilneos:
1,03 < < 1,36 e 1,01 < < 1,122. Para canais retilneos de seo reta regular, na maioria das aplicaes prticas:
1,0 e 1,0
15Condutos Livres - Conceitos fundamentais Escoamento em condutos livres:
Variao da presso da superfcie da gua ao fundo do canal:
Para escoamento uniforme, a distribuio de presso segundo a normal ao fundo hidrosttica e dada por:
p = d.cos = y.cos2 => Para pequeno: p d y
Presso no fundo no-plano do canal:
Distribuio de presso em escoamento paralelo