hidráulica hid 006 prof. benedito c. silva universidade federal de itajubá - unifei instituto de...
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HidráulicaHidráulicaHID 006HID 006
Prof. Benedito C. Silva
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEIInstituto de Recursos Naturais - IRN
Adaptado de Marllus Gustavo F. P. das Neves
Características Características básicas dos básicas dos
escoamentos livresescoamentos livres
Escoamentos livres
-Há uma superfície de contato com a atmosfera
-As condições de contornos não são tão bem definidas como nos condutos forçados variáveis no tempo e no espaço
-A maioria dos escoamentos livres ocorrem em grandes dimensões físicas grandes Re raramente laminares
-Deformabilidade extrema remansos, ressaltos
-Variabilidade de rugosidade
Classificação dos escoamentos livres
Classificação dos escoamentos livres
Equações básicas do escoamento livre
São caracterizados utilizando-se os mesmos princípios básicos dos escoamentos em condutos:
- Eq. da Continuidade-Eq. da Quantidade de movimento-Eq. da Energia
Representação da linha de energia em canais
Ver exemplo 7.1 (pag. 189) – Fund. Eng. Hidráulica
Parâmetros Parâmetros geométricos e geométricos e
hidráulicoshidráulicos
B largura superficialA área molhadaP perímetro molhadoY profundidade (fundo à superfície)
Yh = A/B Profundidade hidráulicaR raio hidráulico
Y h
Observação:O perímetro molhado leva em conta somente a parte em contato com o líquido
Seções com Seções com geometrias geometrias conhecidasconhecidas
Ver exemplo 7.2 (pag. 192) – Fund. Eng. Hidráulica
Seções retangulares e trapezoidais
Comuns em canais abertosTrapezoidais preferidas algumas vezes por não necessitar de estruturas rígidas para estabilizar taludes
Mas podem precisarde mais espaçonas laterais
Seção trapezoidal
Seções circularesVazões mais reduzidas redes de esgotamento sanitário e pluvial, bueiros
Seção retangular
Seções triangularesCanais de pequenas dimensões sarjetas rodoviárias e urbanas
Seções com Seções com geometrias irregularesgeometrias irregulares
Pode-se supor um conjunto de trapézios, triângulos ou retângulos pequenos o suficiente ou considerar como canais onde a largura é muito maior que a profundidade
Seções retangulares largas Pode-se mostrar que:A ≈ By P ≈ B e R ≈ y
Variação de pressãoVariação de pressão
Condutos forçados pressão praticamente constante em toda a seção
canais pressão função da profundidade
Se o escoamentofor paralelo linhasde corrente semcurvaturaDistribuição dePressão hidrostática
Escoamento não for paralelo não é hidrostática
Se o escoamento tiver declividade não desprezívelPB = ycos2DistribuiçãoPseudo-hidrostática
𝑃′ = 𝑃+∆𝑃
∆𝑃= 𝛾ℎ𝑉2𝑔𝑟
Em canais com declividades inferiores a 0,1 m/m diferença de 1%
Canais com I > 10% PB = ycos2
Subpressão (crista)
Sobrepressão (pé)
Ver exemplo 7.3 (pag. 196) – Fund. Eng. Hidráulica
Variação de Variação de velocidadevelocidade
Em canais a distribuição de velocidade não é uniformeAs velocidades maiores ocorrem longe da parede
Na vertical, o perfil é aproximadamente logarítmicoVmax ocorre entre 5% e 25% da profundidade Vmed é aproximadamente a média entre V20% e V80%
Ou aproximadamente V60%
Perfil de velocidade média
AU
Av
AU
dAV
α3
n
1i
3i
3A
3
é o fator de correção de energia (Coriolis)
Para levar em conta as irregularidades na distribuição de V
AU
Av
AU
dAV
β2
n
1i
2i
2A
2
é o fator de correção de Quantidade de movimento (Boussinesq)
Ou ainda,𝛼= 1+3𝜀2− 2𝜀3 𝛽= 1+𝜀2
Ver exemplo 7.4 (pag. 201) – Fund. Eng. Hidráulica
𝜀= 𝑉𝑚á𝑥𝑉𝑚é𝑑 −1