Os Escoamentos

Discente: Ítalo Magno de Melo Santos

Resumo

Escoamento em canais abertos

Escoamento em canais abertos são caracterizados por apresentarem  uma superfície livre onde submetem-se a pressão atmosférica, um bom exemplo de canais abertos são os cursos d´água naturais, além desses existem também os canais artificiais geralmente utilizados para irrigação e drenagem, aquedutos abertos, generalizando pode-se citar as canalizações onde o líquido não preenche por completo a seção do canal.  

A diferença entre escoamentos em canais abertos e o escoamento em condutos forçados está vinculado ao gradiente de pressão que não é relevante. Nos condutos forçados há a presença de variáveis mais complexas.

Nos condutos livres a veia líquida tem liberdade de se modificar para manter-se o equilíbrio dinâmico dando origem a fenômenos como ressalto hidráulico que ocorre na transição de um escoamento torrencial ou supercrítico para um fluvial ou subcrítico, tem também o remanso que é a distância máxima pelo qual o escoamento da água ao encontrar certo obstáculo a montante, ou seja, antes do obstáculo, ela aumenta sua altura, etc...

São quatro as formas de projeções desses canais: Retangular, Trapezoidal, Triangular e semi-circular, sendo a forma trapezoidal a mais usual ao qual tem como elementos característicos a Área que é a seção plana do canal, normal a direção da corrente líquida e a Seção molhada que refere-se a seção transversal que é ocupada pelo líquido.

Tem como elementos geométricos: Profundidade (h), Área molhada (Am), Perímetro molhado (P), Largura Superficial (B), Raio hidráulico (R) e Profundidade hidráulica.  Na figura 1 pode-se observar os elementos geométricos de canais:

[pic 1]

     

Figura 1. Elementos geométricos de canais.

Em canais abertos e fechados deve-se prever uma margem de segurança contra possíveis transbordamento, para isso deve-se prever  uma folga de 20 a 30% da sua altura acima do nível da água.

A declividade recomendada para manter a estabilidade do talude de canais não revestidos determina-se de acordo com a estabilidade do material com o qual se construirá o canal como exemplo materiais como argila compacta em canais profundos com h>1m a declividade deve ser entre 1,0m ou 0,75m, para areias soltas com h>1m o valor de m para a inclinação deve ser de 3,0.

Nesses tipos de canais existem grandes diferenças de velocidades, tendo como valor mínimo no fundo do canal e máximo próximo a superfície livre da água. Por conta disso trabalha-se com a velocidade média. Vale-ressaltar que existe valores máximos recomendados em tabela, determinados em função da erodibilidade do canal e de sua sedimentação.

Existem diversas equações utilizadas para a velocidade média da água em um canal, porém as mais usuais são as de Chezy, Strickler e Manning.

    (Strickler)[pic 2]

   (Manning)[pic 3]

Onde:

K = Coeficiente de rugosidade de Strickler;

R = Raio hidráulico (m) → R = A / P ( P = Perímetro molhado );

J = Declividade do fundo ( m/m );

n = Coeficiente de rugosidade de Manning.  

  O coeficiente de rugosidade de Strickler pode ser obtido conforme tabela 1.

Material	K  ()[pic 4]
Concreto	60 a 100
Tubos de concreto	70 a 80
Asfalto	70 a 75
Tijolos	60 a 65
Argamassa, cascalho ou britas	50
Pedras Assimetricas	45
Canal aberto em rocha	20 a 55
Canal em terra (sedimentos médios)	58 a 37
Canal gramado	35

Tabela 1. Coeficiente de rugosidade de Strickler.

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