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Sumário1 – Introdução2 – Fluxo em canais abertos3 – Fluxo uniforme4 – Conceitos de energia dos canais abertos5 – Conceitos...
bibliografia Mecânica dos Fluidos -- Merle C. Potter e David C.  Wiggert -   Tradução em espanhol da terceira  edição Ame...
IntroduçãoO fluxo em canal aberto se caracteriza por uma interface entre o ar e a superfície superior da água, que se den...
IntroduçãoNa superfície livre a pressão é constante e em quase todas as situações, a pressão é atmosférica;No caso anter...
Distribuição de velocidade O esforço cortante na superfície limite não é uniforme, enquanto que na superfície livre o esf...
Fluxos em canais abertos O fluxo em um canal se caracteriza pela velocidade média, mesmo quando existir um perfil de velo...
Fluxos em canais abertosE entre:- uniforme, onde V e y são independentes da coordenada da  posição em direção do fluxo;- n...
Fluxos em canais abertosCombinações de Fluxos com superfície livre unidimensionais:Um fluxo uniforme e descontínuo ocorre ...
Fluxos em canais abertosFluxo não uniforme e contínuo em um canal:    RVF – Fluxo de Variação Rápida    GVF – Fluxo de Var...
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Fluxos em canais abertos- Número de Froude - Magnitude   Conhecendo a magnitude do Número de Froude, é possívelindagar sua...
Fluxos em canais abertos - Distribuição da pressão hidrostática- A soma (p+yz) permanece constante em qualquer profundidad...
Fluxo uniforme - Geometria do canalAs seções transversais dos canais podem ser:Regular – Seção cuja forma não varia de aco...
Fluxo uniforme - Perímetro úmido (P)É o comprimento da linha de contato e o canal. No canalretângular é dado por: - Raio h...
Fluxo uniforme - Equação do fluxo uniformeOcorre em um canal quando a profundidade e a velocidade nãovariam com a largura ...
Fluxo uniforme - Chezy - ManningA equação de Chezy-Manning, é dada pela combinação dasduas equações anteriores, e sendo as...
EXEMPLO 1 - EM UM CANAL TRAPEZOIDAL FLUE ÁGUA A RAZÃO DE 4.5 M3/S CUJA    PROFUNDIDADE É DE 2,4 M E AS SUAS PAREDESSÃO DE ...
Conceitos de energia em fluxos              por canal abertoA energia em qualquer posição ao longo do canal é a soma dadis...
Conceitos de energia em fluxos            por canal abertoA Equação da energia fundamental estipula que ocorrerãoperdas em...
Conceitos de energia em fluxos             por canal aberto - Energia específicaEm fluxo em canal aberto é conveniente med...
Conceitos de energia em fluxos             por canal aberto - Profundidade críticaÉ a profundidade com a qual a energia es...
Por um canal triangular flui água com m1=m2=1,0 com uma descarga de Q=3m3/s. Se a profundidade da         água é de 2,5m, ...
Conceitos de energia em fluxos               por canal aberto    - Constrição de um canalA     condição   de   fluxo   est...
Conceitos de energia em fluxos             por canal aberto - Perdas de EnergiaAs perdas de energia em expansões e contraç...
Conceitos de energia em fluxos             por canal aberto - Medição de fluxoO meio mais comum de medir a descarga em can...
Conceitos de energia em fluxos             por canal aberto - Vertedouro de crista amplaO fluxo converge e acelera até ati...
Conceitos de energia em fluxos           por canal aberto- Vertedouro de crista fina
conceitos de quantidade de movimento em fluxo               de canal aberto - Salto hidráulicoÉ um fenômeno em que um flui...
conceitos de quantidade de movimento em fluxo               de canal aberto
conceitos de quantidade de movimento em fluxo               de canal aberto - Mudança do Salto hidráulicoÉ um mudança posi...
conceitos de quantidade de movimento em fluxo               de canal aberto - Arrasto de objetos submergidosSe um objeto e...
Fluxo não uniforme de            variação gradual   O fluxo de variação gradual é um tipo de fluxocontínuo, não uniforme n...
Fluxo não uniforme de          variação gradual- Equação diferencial para fluxo de variacão gradual
Fluxo não uniforme de          variação gradual- Perfis de superfície de água
Análise numérica de perfis de superfície de água   Um perfil de superfície de água pode ser sintetizado, ouprevisto, media...
Análise numérica de perfis de superfície de água1 - A geometria do canal, o declive do canal, o coeficiente derugosidade e...
Análise numérica de perfis de superfície de água-   Para   um    canalprismáticoEquação de Chezy-Manning   Numero de Froude
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  1. 1. UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO FACULDADE DE ENGENHARIA Fenômenos de Transporte Prof. Sady Castor Sobrinho Trabalho 10 Fluxos em Canais Abertos Aluna: Mariana da Fonseca Sá e Silveira Turma 02 / Mat.: 2003.1.00172.11 e-mail: silveira.mari@gmail.com Curso: Engenharia Cartográfica Cel.: 9798-1741 Data 15/11/2011
  2. 2. Sumário1 – Introdução2 – Fluxo em canais abertos3 – Fluxo uniforme4 – Conceitos de energia dos canais abertos5 – Conceitos de quantidade de movimento em fluxo por canal aber6 – Fluxo não uniforme de variação gradual7 – Análise numérica de perfis de superfície de água
  3. 3. bibliografia Mecânica dos Fluidos -- Merle C. Potter e David C. Wiggert - Tradução em espanhol da terceira edição Americana Notas de Aula ( Fenômenos do Transporte – 2011/2) Ciências Térmicas – Termodinâmica, Mecânica dos Fluidos e Transmissão de Calor - Merle C. Potter e Elaine P. Scott.
  4. 4. IntroduçãoO fluxo em canal aberto se caracteriza por uma interface entre o ar e a superfície superior da água, que se denomina superfície livre;
  5. 5. IntroduçãoNa superfície livre a pressão é constante e em quase todas as situações, a pressão é atmosférica;No caso anterior, a linha piezométrica coincide com a superfície livre do líquido;Geralmente a altura dasuperfície livre nãopermanece constante, elapode variar de acordo com asvelocidades do fluído.
  6. 6. Distribuição de velocidade O esforço cortante na superfície limite não é uniforme, enquanto que na superfície livre o esforço cortante é insignificante, porém varia ao redor do perímetro úmido
  7. 7. Fluxos em canais abertos O fluxo em um canal se caracteriza pela velocidade média, mesmo quando existir um perfil de velocidade em uma dada secção; O fluxo se classifica como uma combinação entre :- continuo, onde a velocidade média V e a profundidade y, éindependente do tempo;- descontínuo, onde o tempo é considerado como uma variável independente.
  8. 8. Fluxos em canais abertosE entre:- uniforme, onde V e y são independentes da coordenada da posição em direção do fluxo;- não uniforme, onde V e y mudam de magnitude ao longo da coordenada.
  9. 9. Fluxos em canais abertosCombinações de Fluxos com superfície livre unidimensionais:Um fluxo uniforme e descontínuo ocorre raramente, enquantoque um fluxo discontínuo e não uniforme é comum de seencontrar. Exemplos deste último são os em rios e canais.
  10. 10. Fluxos em canais abertosFluxo não uniforme e contínuo em um canal: RVF – Fluxo de Variação Rápida GVF – Fluxo de Variação Gradual
  11. 11. Fluxos em canais abertos - Significado do Número de Froude O Número de Froude representa oparâmetro do efeito gravitacional dado peladiferença de altura entre doisreservatórios, que fará com que a água fluaatravés do canal que os conecta. O Número de Froude desempenha o papel principal na análise do fluxo de canais abertos.
  12. 12. Fluxos em canais abertos- Número de Froude - Magnitude Conhecendo a magnitude do Número de Froude, é possívelindagar suas características significativas com respeitoaoregime de fluxo.Fr > 1O fluxo tem uma velocidade relativamente alta e poucaprofundidade.Fr<1O fluxo tem uma velocidade relativamente baixa e aprofundidade é relativamente grande.
  13. 13. Fluxos em canais abertos - Distribuição da pressão hidrostática- A soma (p+yz) permanece constante em qualquer profundidade;- A linha piezométrica coincide com a superfície da água.
  14. 14. Fluxo uniforme - Geometria do canalAs seções transversais dos canais podem ser:Regular – Seção cuja forma não varia de acordo com a largurado canal;Irregular – Seção cuja forma possui mudanças na geometria.A forma de canal mais simples é a seção regular, cuja área é:
  15. 15. Fluxo uniforme - Perímetro úmido (P)É o comprimento da linha de contato e o canal. No canalretângular é dado por: - Raio hidráulico (R)É a área dividida entre o perímetro umido, dado por:
  16. 16. Fluxo uniforme - Equação do fluxo uniformeOcorre em um canal quando a profundidade e a velocidade nãovariam com a largura deste. A equação é dada por:Por meio da relação de Manning, tem-se:
  17. 17. Fluxo uniforme - Chezy - ManningA equação de Chezy-Manning, é dada pela combinação dasduas equações anteriores, e sendo assim tem-se: A profundidade associada com o fluxo uniforme se chama profundidade uniforme ou profundidade normal.
  18. 18. EXEMPLO 1 - EM UM CANAL TRAPEZOIDAL FLUE ÁGUA A RAZÃO DE 4.5 M3/S CUJA PROFUNDIDADE É DE 2,4 M E AS SUAS PAREDESSÃO DE 1 VERTICAL A 2 HORIZONTAIS. CALCULE yo se n=0,012 e S0= 0,0001Solução
  19. 19. Conceitos de energia em fluxos por canal abertoA energia em qualquer posição ao longo do canal é a soma dadistância vertical medida a partir de um nível de referênciahorizontal z, a profundidade do fluxo y e a energia cinéticaV2/2g. Esta soma define a linha de energia e se chama energiatotal (H).
  20. 20. Conceitos de energia em fluxos por canal abertoA Equação da energia fundamental estipula que ocorrerãoperdas em um fluido real entre duas secões quaiquer do canal,e sendo assim, a energia total não permanecerá constante. Obalanço de energia é dado por:
  21. 21. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Energia específicaEm fluxo em canal aberto é conveniente medir a energia dofundo do canal. Tal medida se chama energia específica e édada por: - Descarga específica Para uma seção retângular a energia específica pode ser expressada como uma função da profundidade y. É dada por:
  22. 22. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Profundidade críticaÉ a profundidade com a qual a energia específica é mínima. - Profundidade alternadaAs duas profundidades de fluxo que são possíveis com umaenergia e descarga específicas dadas.
  23. 23. Por um canal triangular flui água com m1=m2=1,0 com uma descarga de Q=3m3/s. Se a profundidade da água é de 2,5m, determine a energia específica, o número de Froude, a profundidade hidráulica e a profundidade- Solução: se conhecemos que b=0, a área e a largura da parte superior se calculam como: - Profundidade Hidráulica- Para E e Fr
  24. 24. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Constrição de um canalA condição de fluxo estrangulado ou condição deestrangulamento inplica na existência de energia específicamínima dentro da transição.
  25. 25. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Perdas de EnergiaAs perdas de energia em expansões e contrações sãorelativamente pequenas quando o fluxo é subcrítico, mas emcertas circunstancias é necessário que se considere as perdas.Para uma expansão em um canal se utiliza:Para uma contração se utiliza:
  26. 26. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Medição de fluxoO meio mais comum de medir a descarga em canais abertos éa utilização de vertedouro, que é um dispositivo colocado emum canal que obriga o fluxo a passar através de umaabertura, desenhada frequentemente para medir a descarga. Represa Monticello
  27. 27. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto - Vertedouro de crista amplaO fluxo converge e acelera até atingir uma condição críticapróximo da crista do vertedouro.
  28. 28. Conceitos de energia em fluxos por canal aberto- Vertedouro de crista fina
  29. 29. conceitos de quantidade de movimento em fluxo de canal aberto - Salto hidráulicoÉ um fenômeno em que um fluido que circula em um estadosupercrítico sofre uma transição abrupta para um estadosubcrítico.
  30. 30. conceitos de quantidade de movimento em fluxo de canal aberto
  31. 31. conceitos de quantidade de movimento em fluxo de canal aberto - Mudança do Salto hidráulicoÉ um mudança positiva que mantém uma frente estávelconforme se propaga através de um região perturbada.
  32. 32. conceitos de quantidade de movimento em fluxo de canal aberto - Arrasto de objetos submergidosSe um objeto está submergido em um fluxo, é possíveldescrever a força de arrato como:
  33. 33. Fluxo não uniforme de variação gradual O fluxo de variação gradual é um tipo de fluxocontínuo, não uniforme no qual Y e V não sofrem mudançasrápidas ou repentinas, sendo que variam tão gradualmenteque se pode considerar a superfície da água contínua. O esforço cortante é o mecanismo principal que opõeresistência ao fluxo.
  34. 34. Fluxo não uniforme de variação gradual- Equação diferencial para fluxo de variacão gradual
  35. 35. Fluxo não uniforme de variação gradual- Perfis de superfície de água
  36. 36. Análise numérica de perfis de superfície de água Um perfil de superfície de água pode ser sintetizado, ouprevisto, mediante o uso de informação sobre a geometria,rugosidade e fluxo e mediante a determinação ou suposiçãodos controles apropriados. O fluxo de variação gradual, a análise de um perfil desuperfície de água em um trecho do canal declive constantesegue, por regra geral, os seguintes passos:
  37. 37. Análise numérica de perfis de superfície de água1 - A geometria do canal, o declive do canal, o coeficiente derugosidade e a descarga;2 - Determinar a profundidade normal e a profundidade cítica;3 - Estabelecer os controles nos extremos montante ejusante, abaixo do trecho do canal;
  38. 38. Análise numérica de perfis de superfície de água- Para um canalprismáticoEquação de Chezy-Manning Numero de Froude

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