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HIDRULICA E HIDROLOGIA APLICADA - CANAIS
TARSO LUS CAVAZZANA
Engenheiro Civil, Mestre em Recursos Hdricos e Tecnologias Ambientais, MBA em Gesto Empresarial
tarsocavazzana@yahoo.com.br
Plano de ensino
CARGA HORRIA SEMANAL: 04 Horas/Aula (03
Teoria + 01 Laboratrio)
DESENVOLVIMENTO DA DISCIPLINA
Intensa participao em aula buscando raciocinar e
assimilar o contedo trabalho
Analogias da Hidrulica com o contedo j assimilado
de Fsica Hidrulica I pelo aluno
Exemplos prticos de aplicao em vrias reas da
Engenharia
Projeo de slides de obras e rios para visualizao
dos conceitos fsicos da matria
Aulas de experimentos em laboratrio e expositivas
Trabalho didtico voltado aplicao de conceitos
EMENTA
Escoamentos com superfcie livre
Nmero de Froude
Canais
Movimento Uniforme
Dissipadores de Energia
Modelos reduzidos
Pluviometria e Drenagem
OBJETIVOS GERAIS
Desenvolver o raciocnio, o interesse e a intuio
tcnico-cientfica do aluno.
Incentivar o interesse pelo conhecimento da hidrulica
e da hidrologia.
Desenvolver no aluno a necessria conceituao da
importncia de compatibilizar os conceitos de
engenharia hidrulica e hidrolgica com as condies
de meio ambiente circundante.
OBJETIVOS GERAIS
Apresentao da circulao e escoamento da gua na
natureza e fenmenos correlatos.
Quantificao desses fenmenos de escoamentos para
aplicao em engenharia civil.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Desenvolver no aluno aptido para a utilizao de
conceitos da Hidrulica e Hidrologia na Engenharia
Civil.
Desenvolver aptido para resoluo de projetos de
obras hidrulicas e seu embasamento hidrolgico.
Fornecer subsdios para o aprendizado de outras
disciplinas que utilizem os conhecimentos da hidrulica
e hidrologia.
OBJETIVOS ESPECFICOS
Quantificao de fenmenos hidrolgicos: chuva,
evapotranspirao, infiltrao e escoamento superficial
utilizando modelos matemticos determinsticos e
estatsticos.
Aplicaes prticas.
CONTEDO PROGRAMTICO
Movimento Permanente Uniforme em Canais.
Canais retangulares, trapezoidais naturais e artificiais.
Rugosidade.
Perfil de Velocidades.
Dimensionamento de Canais.
Retificao de Canais.
Movimento Turbulento Uniforme em Canais.
Movimento Variado nos Canais.
CONTEDO PROGRAMTICO
Escoamento Crtico
Ressalto Hidrulico
Remanso
Semelhana Dinmica
Modelos reduzidos
Pluviometria e Projetos de Drenagem
AVALIAO
NP1=0,7xP1+0,3xT1
NP2=0,7xP2+0,3xT2
MF=(NP1+NP2)/2; Se MF>7, Aprovado, seno, Exame
Nota mnima no Exame = 10-MF para aprovao
BIBLIOGRAFIA - Bsica
LENCASTRE, A Manual de Hidrulica Geral, Editora
Edgard Blucher, So Paulo, 2000.
AZEVEDO NET, J. M. Manual de Hidrulica. Editora
Edgard Blucher, So Paulo, 2000.
GARCEZ, L. N.; ALVAREZ, G. A Hidrologia, Edgard
Blucher, So Paulo, 1999.
VILELA, S. M; MATTOS, A Hidrologia Aplicada
Editora MC Graw Hill, So Paulo, 2000.
BIBLIOGRAFIA - Complementar
PIMENTA, C. F. Curso de Hidrulica Geral Editora
Guanabara II, Rio de Janeiro, 1981.
CHOW, V. T. Open-Channel Hydraulics. Editora Mc
Graw Hill International, 2000.
Movimento Permanente Uniforme em Canais
Observar que estamos aplicando os conhecimentos
de Hidrulica I para Hidrulica de Canais
Conservao da massa - continuidade
Equao da conservao de massa
Velocidade mdia :
Para locais contguos, nas seces 1, 2, n, vem:
V1 x A1 = V2 x A2 = Vn x An
Para junes de linhas em uma seco At, vem:
Vt x At = V1 x A1 + V2 x A2 + Vn x An = Q1+Q2+Qn=Qt
Equao da conservao de massa na prtica
Dado um canal trapezoidal de b=6m, B=10m, y=4m,
velocidade a 60 de 5m/s, calcule a vazo volumtrica
e mssica. Massa especfica=1000kg/m3 .R: 80m3 /s,
80.000kg/s.
Calcular a vazo mssica aps um afluente de 2m3 /s.
Re: 78.000kg/s.
Calcular a vazo volumtrica, em relao a seco
inicial, aps um efluente de 5000 kg /s. Re: 75m3/s.
Exerccio 07/08/2012
TOMADA DE MEDIDAS DE LMINA, COTA DE FUNDO E
CARGA DE VELOCIDADE POR yc E MANNING AO
LONGO DO CANAL EXPERIMENTAL,INCLUSIVE
IDENTIFICANDO AS SINGULARIDADES, CURVAS DE
REMANSO E PROPRIEDADES DO RESSALTO
HIDRULICO.
PRTICA 21/8TB-24/8TC-28/8TC-31/8TA
Atuao de foras de
presso, cisalhantes e
de campo, sem perdas
s descreve a trajetria,
n a perpendicular a s.
Eq QDM diferencial
Quantidade de movimento
QDM para fluido ideal incompressvel (0=):
QDM para fluido ideal incompressvel em MPU (Eq. de
Euler para escoamentos unidimensionais):
que, entre os pontos P1 e P2, fica:
Equao da energia total, ou Bernoulli (H=Energia/)
Equao da quantidade de movimento sem perdas - ideal
QDM para fluido real incompressvel com perdas por
atrito hp entre P1 e P2:
QDM para fluido real incompressvel com perdas por
atrito hp entre P1 e P2 em MPU:
Equao da energia total, ou Bernoulli (H=Energia/)
para fluidos reais, incompressveis em MPU. Utilizado
na prtica
Equao da quantidade de movimento com perdas - real
Significados fsicos:
z = cota ou carga de posio
p/ = carga de presso, efetiva ou piezomtrica
V2 /2g = carga de velocidade ou cintica
hp = energia perdida ou perda de carga
z + p/ = cota ou altura piezomtrica, define a linha
piezomtrica ou linha de carga efetiva
z + p/ + V2 /2g = carga total, H, define a linha de energia
ou do gradiente hidrulico e plano de carga efetivo (PCE)
Equao da quantidade de movimento com perdas - real
Equao da quantidade de movimento - Ilustrao
Equao da quantidade de movimento tubo de corrente
Equao da quantidade de movimento V = cte
Nos canais a linha dgua fica posicionada na LE.
Equao da quantidade de movimento V = cte
A equao da energia desenvolvida para um tubo de
corrente, de maneira geral, tambm se aplica a superfcie
livre a partir do fundo de um canal, altura de lquido e
velocidade mdia em cada seo, conforme a figura:
Superfcie livre CM, QDM e Energia-14082012
PHR
P/=y
z
Patm
Sendo:
Superfcie livre CM, QDM e Energia
Exerccio de canal circular, trapezoidal de retangular para
determinao dos elementos de profundidade hidrulica,
cota, altura h, lmina y, largura, Rh, Sm, Am, Pm.
Superfcie livre CM, QDM e Energia-14082012
Assim, so vlidas a conservao da massa ou
continuidade:
Q=V1xA1=V2xA2=...=VnxAn, 1, 2, n nas sees
correspondentes.
VtxAt = V1xA1+V2xA2+...+VnxAn, para separao do par
total (t) em 1, 2, n sees.
V1xA1+V2xA2+...+VnxAn= VtxAt, para juno no par total
(t) de 1, 2, n sees.
Superfcie livre CM
A quantidade de movimento e a equao da energia total se
mantm, com a diferena de a superfcie estar em Patm e
o termo (P/)=y, ou seja:
z = cota ou carga de posio
p/ = y = carga de presso, efetiva ou piezomtrica
V2 /2g = carga de velocidade ou cintica
hp = energia perdida ou perda de carga
z + y = cota ou altura piezomtrica, define a linha
piezomtrica ou linha de carga efetiva
z + y + V2 /2g = carga total, H, define a linha de energia
ou do gradiente hidrulico e plano de carga efetivo (PCE)
Superfcie livre QDM
Parmetros de sees usuais com ngulos em radianos
QDM Exemplo base-semelhana
s
A quantidade de movimento e a equao da energia total se
mantm, com a diferena de a superfcie estar em Patm e
o termo (P/)=y, ou seja:
z = cota ou carga de posio
p/ = y = carga de presso, efetiva ou piezomtrica
V2 /2g = carga de velocidade ou cintica
hp = energia perdida ou perda de carga
z + y = cota ou altura piezomtrica, define a linha
piezomtrica ou linha de carga efetiva
z + y + V2 /2g = carga total, H, define a linha de energia
ou do gradiente hidrulico e plano de carga efetivo (PCE)
Superfcie livre QDM
Pela Continuidade (Q=VA), tem-se:
Substituindo os termos na equao da Energia, vem:
Superfcie livre Exerccios-17/8
Superfcie livre
Calcular a lmina dgua para um canal
retangular de 0,10m de largura e 50cm de
altura, com cota de fundo de montante de
50m e lmina de 0,40m, cota de jusante
45m.
Se Q=0,04m3/s, qual o valor de y2? Qual o
valor da lmina crtica (yc)?
Obs: yc acha-se com a derivada e y2 teria 2
valores, mas Hcanal=50cm.
SOLUO ALTURAS CONJUGADAS.xlsxSOLUO ALTURAS CONJUGADAS.xlsx
Superfcie livre Exerccios
Na mesma linha do desenvolvimento do fator de atrito para
escoamentos forados, o nmero de Froude, uma relao
entre foras de inrcia e gravitacionais foi desenvolvido
para expressar a relao modelo/prottipo