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Condutos Livres ou canais

-Aqueles em que o escoamento ocorre à

pressão atmosférica local.

- Seção transversal é aberta ou fechada.

- Denominados condutos livres (Canais)

- O que são condutos livres?

HIDRÁULICA

O que são condutos livres?

• Rios;

• Ribeirões;

• Canais de Irrigação;

•Coletores de esgoto;

• Aquedutos;

• entre outros

HIDRÁULICA

Canal do trabalhador – Ceará (Arqueduto)

HIDRÁULICA

113 km de extensão Abastece a região metropolitana de Fortaleza

Aquedutos romanos (312 a.c.)

Drenagem Superficial (Bueiros, valetas,..)

HIDRÁULICA

Condutos livres são denominados canais e normalmente apresentam

uma superfície livre de água, em contato com a atmosfera.

HIDRÁULICA

HIDRÁULICA

FONTE: AZEVEDO NETTO, ed.8

Na Figura são mostrados dois casos típicos de condutos livres (a e b); em (c) estáindicado o caso limite de um conduto livre: embora o conduto funcionecompletamente cheio, na sua geratriz interna superior atua uma pressão igual àatmosférica. Em (d) está representado um conduto no qual existe uma pressão maiordo que a atmosférica.

HIDRÁULICA

FORMAS

• Circular ou semicircular;

• Retangular;

• Trapezoidal;

• Irregular.

Caracterização da forma dos canais

• Área Molhada

• Perímetro Molhado

• Raio Hidráulico

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canais• Seção Molhada

• Perímetro Molhado

• Raio Hidráulico

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canaisÁrea Molhada (Am)

- Parte da seção transversal que é ocupada pelo líquido;- Área útil ocupada pelo líquido.

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canaisÁrea Molhada (Am)

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canaisSeção Molhada (S)

- Profundidade (h): altura do líquido acima do fundo docanal;- Área molhada (Am): é a área da seção molhada;

- Perímetro molhado (P): comprimento relativo aocontato do líquido com o conduto;

- Largura Superficial (B) - largura da superfície emcontato com a atmosfera;

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canais

Perímetro Molhado (P)

Comprimento da linha de contato entre a água, as

paredes e o fundo do canal.

Perímetro este, em corte transversal do canal.

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canaisPerímetro Molhado (Pm)

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canaisPerímetro Molhado (P)

HIDRÁULICA

Caracterização da forma dos canais

Raio Hidráulico

É a razão entre a seção molhada (S) e o perímetro

molhado (P).

RH= Am/P

CONDUTOS CIRCULARES: S=π. D²/ 4P= π.D

D=4.RH

HIDRÁULICA

TIPOS DE MOVIMENTO

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO UNIFORME

• Velocidade não se altera ao longo do tempo, em grandeza e

direção em qualquer ponto ( movimento do escoamento é

permanente).

• características hidráulicas em cada seção independem do

tempo (essas características podem, no entanto, variar de

uma seção para outra, ao longo do canal: se elas não

variarem de seção para seção ao longo do canal o

movimento será uniforme).

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO UNIFORME

Considerando-se um trecho de canal, para que o

movimento seja permanente nesse trecho, é necessário

que a quantidade de líquido que entra e que sai

mantenha-se constante.

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO UNIFORME

Consideremos um canal longo, de forma geométrica única,

com uma certa rugosidade homogênea e com uma

pequena declividade, com uma certa velocidade e

profundidade. Com essa velocidade ficam balanceadas a

força que move o líquido e a resistência oferecida pelos

atritos internos e externo (este decorrente da rugosidade

das paredes).

TIPOS DE MOVIMENTO

Em condições normais, ocorre nos canais um

movimento uniforme, ou seja, a velocidade média

da água é constante ao longo do canal.

No caso da equação da continuidade:

• A área é determinada geometricamente e

a velocidade pode ser medida no local

ou, na maioria dos casos, determinada

através de equações;

• Há varias equações para o cálculo da

velocidade média da água em um canal;

• As mais usadas são as de Chezy,

Strickler e Manning.

As equações de Strickler e Manning

podem ser escritas da seguinte forma:

Velocidade Médias mínimas para evitar depósitos:

• Águas com suspensões finas: 0,30 m/s

• Água transportando areias finas: 0,45 m/s

• Águas residuais (Esgoto): 0,60 m/s

Velocidades práticas:

• Canais de navegação sem revestimento: até 0,50 m/s

• Aquedutos de água potável: 0,60m/s a 1,30 m/s.

• Coletores e emissários de esgoto: 0,60 a 1,50 m/s.

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO VARIADO

• MOVIMENTOS GRADUALMENTE VARIADOS são aquelesem que as profundidades variam, gradual e lentamente,ao longo do canal.

• Em cada seção há movimentos permanentes, ou seja, asgrandezas interferem no escoamento, em cada seção,não se modificando com o tempo, e a distribuição daspressões, obedece a Lei da Hidrostática.

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO VARIADO

• O movimento gradualmente variado pode

ocorrer de forma acelerada, como nos

trechos iniciais dos condutos de seções

constantes, nos quais o movimento

uniforme subsequente se realiza em regime

supercrítico.

FORMA DO PERFIL DA SUPERFÍCIE LÍQUIDA

• O objetivo do estudo de canais com regime

permanente gradualmente variado consiste em

determinar a forma do perfil da superfície

líquida.

• A forma do perfil de linha de água depende da

comparação, em cada seção, da profundidade

crítica com a profundidade normal e desta com

a profundidade em que efetivamente se realiza

o escoamento.

Quando o movimento é UNIFORME, a linha d´água coincide com as retas, Nn (Nível normal) ou Nc (Nível crítico), conforme a profundidade seja normal ou crítica, respectivamente.

A cada região corresponde uma classe de curva que

depende da comparação da profundidade normal com

a crítica.

I>0 Classe M: I < Ic; yn > yc

Classe S: I > Ic; yn < yc

Classe C: I = Ic; yn = yc.

Para as declividades do fundo nulas ou negativas,

temos:

I <= 0 Classe H: I = (Canal Horizontal)

Classe A: I < 0 (Declividade adversa)

I ou J = Declividade do fundo

Yn= profundidade normal

Yc= profundidade crítica

TIPOS DE MOVIMENTO

MOVIMENTO VARIADO

• MOVIMENTO BRUSCAMENTE VARIADO

• As linhas de corrente apresentam curvatura acentuada,sendo que em razão disto, não podemos admitir adistribuição hidrostática das pressões nas seções docanal.

• Esses movimentos ocorrem em trechos de pequenasextensões, de modo que o atrito da água com asparedes do contorno tem pequeno valor, podendo serdesprezado na maioria dos casos.

• As equações de M.Uniforme não se aplicam nessescasos.

Ex: Vertedores (crista delgada e arredondada)