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Condutos Livres

Guia de Estudo PHD 313 Hidráulica e Equipamentos Hidráulicos

São Paulo 2004

PHD 2301 – Hidráulica 1 Condutos Livres

Apresentação3
1 Introdução4
2 Escoamento Permanente Uniforme10
2.1 Perdas de Energia10
2.2 Capacidade de transporte13
2.3 Seção Composta16
2.4 Seção de máxima eficiência ou mínimo custo17
2.5 Seções estáveis18
Velocidades18
Inclinação dos taludes19
Dinamicamente20
Borda livre21
2.6 Seções com rugosidades diferentes21
2.7 Seções de transição ou concordância2
2.8 Curvas horizontais2

2.5.4 3 Referências bibliográficas.............................................................................. 23

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Estas notas de aula foram organizadas para simples orientação de estudo sendo destinada aos alunos o curso de Hidráulica e Equpamentos Hidráuicos da FAU-USP. Não tem portanto o caráter nem a intenção de substituir as publicações especializadas nas quais se baseia, relacionadas no capítulo sobre as Referências Bibliográficas. Em sua preparação estão incluídos tópicos e itens preparados pelos professores Paolo Alfredini, Podalyro Amaral de Souza, Carlos Lloret Ramos, José Rodolfo Scarati Martins, Ricardo Daruiz Borsari, Sidney Lázaro Martins e Francisco Martins Fadiga Jr.

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1 INTRODUÇÃO

O escoamento em canais é caracterizado por apresentar uma superfície livre na qual reina a pressão atmosférica. Estes escoamentos tem um grande número de aplicações práticas na engenharia, estando presente em áreas como o saneamento, a drenagem urbana, irrigação, hidro-eletricidade, navegação e conservação do meio ambiente.

Apresentam-se a seguir alguns exemplos clássicos e outros usuais do emprego dos condutos livres.

Aqueduto Romano no Mediterrâneo, do sec I d.c.

Canal de adução do sistema produtor Alto Tietê – Sabesp – São Paulo, 1999.

Canal de adução à casa de bombas do sistema de irrigação do Baixo Nilo – Egito, 1999.

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Calha do Córrego Pirajussara, São Paulo.

Canalização assoreada do Córrego Uberaba, sob a Avenida dos Bandeirantes, São Paulo, 1996

Rio Tietê São Paulo, 1998

Curva no Córrego Pirajussara, Zona Oeste São Paulo

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Ribeirão dos Meninos, São Bernardo, São Paulo. Ocorrência de ressalto hidráulico numa canalização de drenagem urbana.

Canal Pereira Barreto, unindo os reservatórios de Ilha Solteira e Três Irmãos, no Complexo Urubupunga, São Paulo, 1995

Rio Tamanduateí, São Paulo, 1997

Canalização regular do Córrego dos Meninos, São Bernardo, São Paulo.

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Compreendem-se como condutos livres os recipientes, abertos ou fechados, naturais ou artificiais, independentes da forma, sujeitos à pressão atmosférica. Os rios são o melhor exemplo de condutos livres.

triangular gulartanre hexagonalsemi ltrapezoida

)escavado(aberto ovóide,ferradura,retângulargrande circularpequenofechado artificial água'dcursosnatural conduto

A designação de conduto ou canal tanto se pode aplicar a cursos d’água natural como aos artificiais. Os escoamentos em condutos livres diferem dos que ocorrem em condutos forçados ou sobpressão porque o gradiente de pressão não é relevante. No escoamento em condutos livres a distribuição de pressão pode ser considerada como hidrostática e o agente que proporciona o escoamento é a gravidade. Apesar da hipotética semelhança nos escoamentos livres e sobpressão, os livres são mais complexos e com resolução mais sofisticada pois as variáveis são interdependentes com variação no tempo e espaço.

a) conduto forçado ou sobpressãob) conduto livre

A compreensão, interpretação e o dimensionamento de condutos livres são importantes nos aspectos econômico, ecológico e social em atividades do desenvolvimento: drenagem, irrigação, contenção e previsão de cheias, diagnósticos e estudos de impacto ambiental, modelagem, navegação, transporte e tratamento de esgoto, proteções, entre outras.

O escoamento de fluidos em condutos livres pode ser classificado segundo o seu comportamento:

permanentenão

EVRerapidament EVGtegradualmeniadovar

EUuniforme permanente escoamento

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• No escoamento permanente não há mudança de algumas de suas propriedades: principalmente vazão e massa específica: cteQ= .

• No escoamento permanente uniforme, além da vazão e a massa específica,

são necessários seção, profundidade e velocidade constantes: ctey cteV cteQ média=

• No escoamento permanente variado, além da vazão e massa específica constantes, admite-se um gradiente de velocidades devido à aceleração ou retardação, que altera as profundidades: cteV cteA cteQ média ≠

• No escoamento permanente variado gradualmente, além da vazão e massa específica constantes, admite-se um moderado gradiente de velocidades devido à aceleração ou retardação, que altera as profundidades.

• No escoamento permanente variado rapidamente, além da vazão e massa específica constantes, admite-se um significativo gradiente de velocidades devido à aceleração ou retardação, que altera sensivelmente as profundidades.

• O escoamento não permanente ou transitório ocorre com mudanças nas suas propriedades, ou seja, a profundidade numa dada posição varia ao longo do tempo, constituindo-se, assim, a forma de representação próxima da realidade. Apenas em alguns casos interpreta-se o escoamento como um transitório devido a sua complexidade, como: enchimento e esvaziamento de eclusas, golpe de aríete, ondas de maré, ondas de vento, pororoca, etc.: cteQ ≠

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Os escoamentos são fenômenos tridimensionais, transitórios e complexos mas é normal utilizar hipóteses simplificadoras para analisar adequadamente o problema sem sacrificar a precisão ou a validade dos resultados. Uma das hipóteses possíveis é considerar o escoamento uni ou bidirecional.

Em muitos casos a análise tridimencional do escoamento é inevitável como nos túneis de ar para verificar estabilidade, aderência, aerodinâmica em carros ou aviões, esforços em embarcações. No caso de escoamento de rios pode-se considerá-lo uni, bi ou tridimensional.

A maioria dos cursos d’água naturais são instáveis dinamicamente produzindo curvas, meandrando, depositando, erodindo, assim a velocidade real do curso é complexa e tridimensional, mas em muitos casos os estudos são conduzidos como unidirecionais, isto é, com velocidades vetoriais médias.

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Os escoamentos serão tratados como bidimensionais com grandezas médias que não devem minorar a validade dos resultados, geralmente em regime permanente e fluido incompressível, exceto quando gasoso.

2 ESCOAMENTO PERMANENTE UNIFORME

permanentenão

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