Condutos livres

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Cap. 5 _________________________________________ESCOAMENTOS EM CONDUTOS LIVRES
Características e Dimensionamento

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5. CONDUTOS LIVRES

5.1 Generalidades

São quaisquer condutos, em que a parte superior do líquido está sob pressão atmosférica, e é um sistema de condução de fluidos, já há muito usado pelo Homem. 5.2 Movimento uniforme em canais

Em condições normais, tem-se nos canaisum movimento uniforme, ou seja, a velocidade média da água é constante ao longo do canal como um todo. Existem várias equações para o cálculo da velocidade média da água (v) em um canal, porém as mais utilizadas são as de Chezy e de Manning. A primeira equação pode ser expressa da seguinte forma:

v = C . Rh . S
sendo Rh = raio hidráulico (A/P); S = declividade do canal, m/m. C = coeficientede Chezy;

O coeficiente C depende dos parâmetros de resistência ao escoamento e da seção transversal e pode ser expresso da seguinte forma:

C=

8g f

em que, f é o fator de atrito da equação de perda de carga (a ser abordada com detalhes no item seguinte) e g é a aceleração local da gravidade. A equação de Manning é baseada na equação anterior, mas com uma mudança no coeficiente C, quepode ser escrito como:

C=

Rh 1 / 6 n

em que, n é uma característica da rugosidade da superfície (tabelado). Substituindo o valor de C na equação de Chezy tem-se:

V=

1 . Rh 2 / 3 . S 1 / 2 n

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Alguns valores de n para a fórmula de Manning. Natureza da Parede Cimento liso Argamassa de cimento Aqueduto de madeira aparelhada Aqueduto de madeira não aparelhada Canais revestidos de concreto Pedras brutas rejuntadas com cimento Pedras não rejuntadas Pedrastalhadas Paredes metálicas, lisas e semi-circulares Paredes de terra, canais retos e uniformes Paredes de pedra lisa em canais uniformes Paredes rugosas de pedras irregulares Canais de terra com grandes meandros Canais de terra dragados Canais com leito de pedras rugosas e com vegetação Canais com fundo de terra e com pedras nas margens 5.3 Forma dos canais Perf. 0,010 0,011 0,010 0,011 0,012 0,0170,025 0,013 0,011 0,017 0,025 0,035 0,023 0,025 0,025 0.028 Estado da parede Bom Reg. 0,011 0,012 0,012 0,013 0,012 0,012 0,013 0,014 0,014 0,016 0,020 0,025 0,030 0,033 0,014 0,015 0,012 0,028 0,020 0,023 0,030 0,033 0,040 0,045 0,025 0,028 0,028 0,030 0,030 0,035 0.030 0.033 Mau 0,013 0,015 0,014 0,015 0,018 0,030 0,035 0,017 0,030 0,030 0,035 -0,030 0,033 0,040 0.035

As formas geométricasmais usuais em canais de irrigação são retangulares, trapezoidal, triangular e semicircular. Os parâmetros área, raio hidráulico são facilmente calculados, conforme fórmulas a seguir: a) Seção trapezoidal

Figura 53 – Canal trapezoidal.

A = y (b + m y )
A P

P = b + 2y m2 +1
B = b + 2m y

Rh =

m = tgα = cotg β = inclinação das paredes do canal_________________________________________________________________________________________APOSTILA DE HIDRÁULICA_____________________________

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b) seção triangular

Figura 54 – Canal triangular.

A = my 2
Rh =
c) seção retangular

P = 2 y m2 + 1my

B = 2m y

2 m2 + 1

Figura 55 – Canal retangular.

A = yB Rh =
d) seção semi-circular

P = b + 2y by b + 2y

B=b

Figura 56 – Canal semi-circular.

A =
Rh =

πD 2 8
D y = 4 2

P=

πD 2

B = D = 2y

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