Hidráulica HID 006 Prof. Benedito C. Silva
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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
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Características Características básicas dos básicas dos
escoamentos livresescoamentos livres
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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
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Classificação dos escoamentos livres
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Classificação dos escoamentos livres
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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
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Representação da linha de energia em canais
Ver exemplo 7.1 (pag. 189) – Fund. Eng. Hidráulica
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Parâmetros Parâmetros geométricos e geométricos e
hidráulicoshidráulicos
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B largura superficialA área molhadaP perímetro molhadoY profundidade (fundo à superfície)
Yh = A/B Profundidade hidráulicaR raio hidráulico
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Y h
Observação:O perímetro molhado leva em conta somente a parte em contato com o líquido
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Seções com Seções com geometrias geometrias conhecidasconhecidas
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Ver exemplo 7.2 (pag. 192) – Fund. Eng. Hidráulica
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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
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Seção trapezoidal
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Seções circularesVazões mais reduzidas redes de esgotamento sanitário e pluvial, bueiros
Seção retangular
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Seções triangularesCanais de pequenas dimensões sarjetas rodoviárias e urbanas
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Seções com Seções com geometrias irregularesgeometrias irregulares
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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
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Variação de pressãoVariação de pressão
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Condutos forçados pressão praticamente constante em toda a seção
canais pressão função da profundidade
Se o escoamentofor paralelo linhasde corrente semcurvaturaDistribuição dePressão hidrostática
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Escoamento não for paralelo não é hidrostática
Se o escoamento tiver declividade não desprezívelPB = ycos2DistribuiçãoPseudo-hidrostática
𝑃′ = 𝑃+∆𝑃
∆𝑃= 𝛾ℎ𝑉2𝑔𝑟
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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
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Variação de Variação de velocidadevelocidade
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Em canais a distribuição de velocidade não é uniformeAs velocidades maiores ocorrem longe da parede
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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
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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)
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Ou ainda,𝛼= 1+3𝜀2− 2𝜀3 𝛽= 1+𝜀2
Ver exemplo 7.4 (pag. 201) – Fund. Eng. Hidráulica
𝜀= 𝑉𝑚á𝑥𝑉𝑚é𝑑 −1