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Hidráulica Geral II Escoamentos em Superfície LivreOs escoamentos que se verificam na Natureza, nos rios,ribeiras, mares ...
Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreNeste tipo de escoamentos, da mesma forma que nosescoamentos em pressão...
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Hidráulica geral ii aula nº1

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Os escoamentos que se verificam na Natureza, nos rios, ribeiras, mares ou em canais caracterizam-se por terem uma superfície em contacto com o ar e portanto encontram-se submetidos à influência da pressão atmosférica.

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    1. 1. ISPT - DEPARTAMENTO DE ENGª CIVILHIDRÁULICA GERAL II Aula nº 1 IOLAND DE PINA TAVARES MESTRE EM ENGª CIVIL “…nas coisas da água usa primeiro a Experiência e só depois a Razão…” Leonardo da Vinci 1
    2. 2. Hidráulica Geral II Escoamentos em Superfície LivreOs escoamentos que se verificam na Natureza, nos rios,ribeiras, mares ou em canais caracterizam-se por terem umasuperfície em contacto com o ar e portanto encontram-sesubmetidos à influência da pressão atmosférica.Como se convencionou que a pressão atmosférica Pa era oponto de partida da escala de pressões, podemos dizer que asuperfície livre de um líquido se encontra à pressão O, o queassume particular importância em termos dos fenómenoshidráulicos.Pela mesma razão são considerados escoamentos emsuperfície livre os escoamentos que se verificam em condutas deesgoto ou de águas pluviais (onde não há pressão > Pa) 2
    3. 3. Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreNeste tipo de escoamentos, da mesma forma que nosescoamentos em pressão, o Nº de Reynolds continua a terimportância visto que a viscosidade se mantém como umacaracterística essencial do escoamento.Todavia é o Nº de Froude que assume maior importância vistoque traduz a influência da gravidade no desenvolvimento dosfenómenos. De facto os escoamentos em superfície livreprocessam-se por efeito da gravidade, sendo tanto maisturbulentos e rápidos quanto maior é o efeito da gravidade(materializada na diferença de cotas entre montante e jusante,ou seja, na instalação de um determinado gradiente geométrico). 3
    4. 4. Hidráulica Geral II 4
    5. 5. Hidráulica Geral II 5
    6. 6. Hidráulica Geral II 6
    7. 7. Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreA pressão à profundidade y é dada por p= γ. y/cos θ ondeγ é o peso específico do líquido e θ o ângulo de inclinaçãodo fundo do canal com a horizontal (daqui para a frentechamar-lhe-emos simplesmente inclinação do canal)ATENÇÃO - (A figura do Manual está errada) 7
    8. 8. Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreComo se pode ver pela figura e pela expressão anteriores, quando y=0 seráp=0 e portanto a linha piezométrica relativa, ou seja o lugar geométrico dospontos que se encontram à pressão atmosférica é a superfície livre do líquido.Como em geral a inclinação do fundo dos canais (naturais ou artificiais) épouco diferente de zero, ou seja, eles são pouco inclinados, logo cos θ ~1 eportanto p ≈ γ .y isto, considera-se que a distribuição vertical das pressões éuma distribuição linear do tipo hidrostático.Consideremos agora o caso de o fundo do canal ser côncavo (fig.1) ouconvexo(fig.2) 8
    9. 9. Hidráulica Geral II 9
    10. 10. Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreA distribuição de velocidades na secção varia muito com a formadesta.De um modo geral nos canais artificiais de forma regular avelocidade varia de acordo com uma lei parabólica como se vê nafigura do diapositivo 7.Em profundidade os valores são decrescentes, anulando-se nofundo e junto das paredes laterais, por via da camada limite. Asfiguras 3 e 4 mostram as linhas de igual velocidade (isotáquias)em duas secções correntes.NOTA - No filão é onde se verifica a velocidade máxima 10
    11. 11. Hidráulica Geral IIEscoamentos em Superfície LivreRepresentando por U a velocidade média, por V máx a velocidade máxima, por Vfa velocidade próxima do fundo e Vy a velocidade à profundidade y, sendo h aaltura do escoamento pode-se usar as expressões constantes da Tabelaseguinte:A velocidade máxima pode ser determinada numa secção transversal por intermédiode um molinete. 11

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