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Sebenta de hidráulica aplicada

1. L a gt t gt 0 L a gt t gt 0 05 06 p p0 dp a p po dp U 0 I U U0 U 0 1 A t L a B A 2L a gt t gt L a B 07 08 p p0 2 p p0 dp p p0 a U UO U 0 X U UO U 0 1 A 2L a gt t gt L a B A 2L a gt t gt I a B 09 10 p p0 p p0 dp a p p0 dp U U0 I U UO U 0 X A t 2L a B A 3L a gt t gt 2L a B 3L a gt t gt 2L a 3L a gt t gt 2L a 13 p p0 dp 14 a p p0 dp X U UO U 0 I A t 3L a B A B 4L a gt t gt 3L a o 4L a gt t gt 3L a 4L a gt t gt 3L a INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 4 17 p p0 E B A t 41 a Em B existe uma v lvula de seccionamento gaveta ou adufa globo ou borboleta Em 2 j ocorreu o seccionamento brusco e uma certa onda de press o desloca se da v lvula para o reservat rio velocidade a em m s A velocidade da gua Uo vai se anulando medida que a onda se propaga de camada em camada Simultaneamente o tubo dilata se e a densidade da gua aumenta Isto verifica se de 1 a 5 onde a densidade da gua aumenta 6 a 8 quando a onda chega a A a press o na tubagem maior do que Ho e por isso a gua escoa da tubagem para o reservat rio invertendo se a velocidade Uo A onda de press o refl
2. Figura 9 10 1 Abcissas valores da energia especifica Ordenadas valores da profundidade l a varia o da energia especifica E com a profundidade y linear e representa se pela recta E recta da energia potencial que a bissectriz dos eixos coordenados 2 curva da energia cin tica assintotica aos eixos coordenados Se a profundidade tender para zero tamb m tender a sec o A e a velocidade tender para infinito y A lim 4 U e E ser infinitamente grande Mantendo constante o caudal e fazendo variar a profundidade y obtemos a curva E que mostra como varia a energia cin tica com a profundidade do canal Quando y aumenta A tamb m aumenta e U e E tendem para zero INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 10 3 se para cada valor da profundidade somarmos os respectivos valores da energia potencial e da energia cin tica obt m se a curva da energia especifica E E2 Por esta curva deduz se que h um valor m nimo E da energia especifica correspondente ao valor da energia critica E para cada valor da energia especifica existem dois valores rec procos E e E referentes a duas profundidades y e y ou seja existem dois regimes de escoamento regimes rec procos O escoamento com a maior profundidade y denomina se superior tranquilo fluvial ou subcritico O escoamento a que corresponde a menor profu
3. VALORES DE O VALORES DE Ey E ss Figura 9 32 3 4 3 FE 2 14 16 18 20 u VALORES DE L Y2 1 2 lt Fr lt 2 5 Bacia Tipo II USBR INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA BLOCOS DE QUEDA acD q SOLEIRA TERMINAL ESSA Eres E en Je IX 53 lt gt 25 w E Eco ou TE L E EEM E A AA L E Ee Figura 9 32 3 5 ge 6 J a 1 9 T j AA ps DA VAR os visar a gt io as z gt E 1 l Ra e j E Ro Dre 7 E 1 I H TE M NIMO VALOR DE Ya E ES Fl pe e EE 3 4 N DE FROUDE 7 Figura 9 32 3 6 ta Y2 Figura 9 32 3 7 2 5 lt Fr lt 4 5 Bacia Tipo HI USBR INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA SOLEIRA TERMINAL punz pe 4 6 8 to iz Fe Figura 9 32 3 11 Fr gt 4 5 U lt 15m s Bacia Tipo IV USBR INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE IX 54 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA
4. Ah Figura 9 22 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 36 2 nea er p log pe 8 R B 2 sendo Ah aumento da altura U velocidade media B largura da boca R raio da curva 9 23 Movimento gradualmente variado Um movimento gradualmente variado quando as profundidades variam gradual e lentamente ao longo do canal As grandezas referentes ao escoamento em cada sec o n o se modificam com o tempo a distribui o das press es obedece s leis da hidrost tica As f rmulas do movimento uniforma aplicam se a este tipo de escoamento com uma aproxima o satisfat ria O movimento gradualmente variado pode aparecer de forma acelerada nos trechos iniciais dos condutos de sec es constantes onde o movimento uniforme tem lugar em regime supercritico Movimento gradualmente acelerado Movimento uniforme Figura 9 23 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 37 Movimento Movimento Movimento uniforme gradualmente retardado uniforme regolfo Figura 9 23 2 O movimento gradualmente retardado aparece a montante de obst culos que se op em ao escoamento Neste caso forma se um regolfo No movimento gradualmente variado o gradiente hidr ulico vari vel sendo necess ria a sua determina o ao longo do escoamento 9 24 Formas da superf c
5. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 64 1 9 11 F rmulas Cinem ticas Consideram se as caracter sticas do escoamento na bacia hidrogr fica como sejam o tempo de concentra o e a dura o da chuva 1 9 11 1 F rmula Racional J citada atr s escreve se Ona FC A sendo Qmax caudal m ximo de cheia em m s C coeficiente de escoamento adimensional obtido em tabelas I intensidade m dia referente ao intervalo m ximo da precipita o para um determinado tempo de retorno com dura o igual ao tempo de concentra o da bacia Em mm h transforma se em m s A rea da bacia em m Outro m todo de c lculo Carta da bacia Extens o do tro o hidrogr fica mais longo do rio E Tempo de concentra o Declividade do tro o Te em horas Area da bacia mais longo do rio hidrogr fica A Km Intensidade da RO i chuva i para Localiza o geogr fica um dado Tr Tempo retorno i mm h Caudal m ximo Coeficiente C Q 0 278 x Cx ix A 3 adimensional m s A intensidade da chuva I pode ser determinada atrav s das curvas IDF Intensidade Dura o Frequ ncia ou por f rmulas que definem a curva de possibilidade udom trica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 65 O coeficiente C estabelecido por inspec o in loco com aux lio das tabelas
6. oo o o S o ef s Edo Quadro 8 4 1 2 Espessura do enrocamento sobre taludes de 3 1 Quando o talude de montante revestido com laje de bet o ou tapete asf ltico tem que se colocar enrocamento no ltimos metros at ao n vel da crista O enrocamento ou rip rap assenta sobre camadas de transi o constitu das por brita e areia ou sobre geotextil f Protec o do talude de jusante com vegeta o adequada relva ou capim laje de bet o ou enrocamento arrumado espessura m nima de 30cm g Crista protegida com uma camada de brita 10cm ou por asfalto se nela passar uma estrada A largura da crista costuma ser calculada pela seguinte f rmula W H 3 5 sendo H altura da barragem m W largura da crista m Para facilidade na constru o a largura da crista deve ser maior do que 4 00m h Descarga de fundo destinada a poder aproveitar a gua armazenada Normalmente situa se uns metros acima do talvegue afim de se manter um certo volume morto por o preservando se os peixes no caso de esvaziamento total quando se trata de uma pequena barragem 1 Tomada de gua situada a n vel mais elevado destinada ao abastecimento humano aproveitando se a decanta o natural da gua j Descarregador de cheias destinado a restituir ao rio as guas de grandes cheias e ap s o NPA N vel de Pleno Armazenamento ter sido atingido k Drenagem das guas de chuvas que caem sobre o aterro constitu da por
7. Vari vel reduzida Per odo de retorno Y anos M dia Y Desvio Padr o S INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAPITULO II ESCOAMENTOS EM MEIOS POROSOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il i NDICE 2 0 Escoamentos em meios porosos EE EE E T E E E NEE AE 1 2 1 Conceitos B SICOS ss asissquadis sosirediamginigaabia sikii aaeei aisiais ai ksd adia aqu diea kaa 1 BED AJUTO S ainera a a R a S E load O 4 2 2 1 Aqu feros livres ou fre ticos ssseeeeeeesssesseeeereeessssseerrreersssssserrereessssesseeereeess 4 222 NQUI CEO ConiNadO cus aco e E a a EA E E EE 5 2 2 3 Aqu feros semi confinados ssssseeseeessssssseesreerssssseerereeersssssereeeeesesssserereeess 6 2 2 4 Aqu fero inconfinado ou semi livre sssseesessseresssrerssseressssrresrssreesrssreesssereresee 6 2 2 5 Modo de ocorr ncia da gua no solo ssssseeeeeessssssseeereeesssssserrreeessssssererreess 7 ONSA E A SA BEN KEA ais E ET AE EE E E E EE E 9 PAPA BRA KAn oiT 07 a E EEE 12 2 2 8 Escaya o de TUTO Siir ta raea E E R a a ESSE Sa 14 22 8 1 F r s escavado Sone nnneu ipn e a a ar a Ra ga 14 22 82 Furos radiais iais aa aneia aaa E E E EA Ea Esai 16 2 2 8 3 Furos cravados ou ponteiras ssssssseeseeeess
8. canaletes e tubos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 16 Para evitar o galgamento ou trasbordamento over topping o que seria desastroso a barragem deve dispor de uma folga adequada cujos valores s o dados pela tabela a seguir e de uma altura de lamina o de cheia fetch km Normal m NCIS a f a E Quadro 8 4 1 3 Folgas normal e m nima Al m da folga h que se prever tamb m a altura da l mina sobre o descarregador Barragens zonadas Quando n o existem solos apropriados em quantidade suficiente o que sucede com muita frequ ncia recorre se ao tipo zonado que n o mais do que o aproveitamento dos solos mais fracos para aterros estabilizadores e do melhor solo para o n cleo central Sujeito a Solos dos maci os Solos do Montante Jusante esvaziamento r pido laterais n cleo x y N cleo Condi o n o cr tica Enrocamento 2 1 2 1 m nimo GW GP SW seixo SP seixo N cleo Enrocamento m ximo GW GP SW seixo SP seixo N cleo i Enrocamento m ximo GW GP SW seixo SP seixo Quadro 8 4 1 4 Inclina es de taludes de barragens zonadas sobre funda es est veis INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 17 As vezes h necessidade de colocar filtros entre as diferentes zonas Barragem com n cleo As primeiras barragens d
9. comprimento do rio principal Estir o em km x altura m dia da bacia em m medida a partir da altitude da sec o considerada c F rmula de VEN TE CHOW 0 64 TC 0 8773 4 E Sendo TC tempo de Concentra o em horas L estir o em Km I declividade do rio principal em m Km INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 40 d F rmula do Calif rnia Culverts Practice Calif rnia Highways and Public Works CHPW 3 0 385 TC sf TC em minutos H 8 7 0 385 TC Eee TC em horas H Sendo L Estir o comprimento da linha de gua principal km H Diferen a de cotas entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto considerado em m Esta diferen a de cotas tem a seguinte rela o H L l sendo o Lo comprimento do rio em me o Z a declividade equivalente constante ou por simplifica o a declividade m dia em m m e F rmula de PICKING 2 0 333 rc s32 i Sendo TC tempo de Concentra o em minutos L estir o comprimento da linha de gua principal km i declividade Equivalente Constante S3 do rio em m m f F rmula de TEMEZ 0 76 rc 03 z 0 25 lI Sendo TC tempo de Concentra o em horas L estir o Km i declividade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 41 g F rmula de IZZARD usada para pequenas bacias nas quais o escoamento laminar difuso
10. es onde h grande varia o de caudal e pequenas varia es de altura manom trica 5 11 Varia o das curvas caracter sticas As curvas caracter sticas podem variar de acordo com o di metro do impulsor com a rota o e com a forma do impulsor a Di metro do impulsor A carca a ou corpo de uma bomba pode trabalhar com propulsores de di metros diferentes A cada di metro corresponde uma curva caracter stica Se a forma e rota o se mantiverem constantes as diversas curvas caracter sticas mant m se paralelas As curvas superiores correspondem aos maiores di metros Quando o di metro do propulsor modificado as curvas caracter sticas apresentam rela es bem definidas expressas pelas equa es O Do Eis Rae dra o Q D 1 H D 2 P D 3 onde 1 2 e 3 referem se s caracter sticas primitivas e s alteradas ou seja com di metros raspados di metros menores Uma raspagem pode ir at 25 do valor m ximo do di metro sem afectar o rendimento b Rota o a curva caracter stica da bomba modifica se quando se altera a rota o conservando a forma e o di metro do impulsor A altura manom trica cresce com o n mero de rota es A rota o pode ser analisada pelas seguintes express es Q _ m H n P Q n jJi H n P 2 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 22 Estas igualdades s s o v lidas qu
11. k 4 Se for uma fronteira internacional cria o de uma passagem clandestina de pessoas actualmente a constru o de uma barragem obriga manuten o constante de caudal ecol gico que varia consoante a import ncia do rio e suas condi es anteriores de fluxo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 22 D Inunda es especialmente em centrais hidroel ctricas existe o efeito de grandes descargas peri dicas em pocas de estio o que p e em alvoro o as popula es a jusante Os relat rios AIA Avalia o de Impacte Ambiental obrigat rios actualmente no projecto de barragens apresentam tamb m um estudo sobre a onda de cheia proveniente da rotura da barragem m Doen as veiculadas pela gua nos tr picos as doen as veiculadas pela gua constituem s rias amea as para a sa de das popula es por isso que ao construir se uma barragem deve merecer especial aten o a parte referente a estas doen as As principais doen as veiculadas pela gua parada s o Esquistossomose ou bilharziose o caracol o hospedeiro desta doen a cujo ciclo inclui o homem Existe em guas estagnadas que ocorrem em depress es que ficam separadas da albufeira logo que se d um refluimento no n vel Mal ria ou paludismo transmitida por um mosquito cuja larva tem o seu in cio em guas estagnadas Oncocercose transmitido por um mosq
12. o da gua As altera es introduzidas por agricultura ou urbaniza o provocam aumento do volume escoado redu o do tempo de ascens o dos hidrogramas e aumento do caudal de pico Altera o do hidrograma devido modifica o das condi es naturais da bacia hidrogr fica 1 Hidrograma da bacia com florestas 2 Hidrograma da bacia ap s retirada da cobertura vegetal 3 Hidrograma da bacia com solo desnudado e com eros o O hidrograma de uma bacia pode sofrer revers o A floresta o de uma rea faz aumentar as taxas de infiltra o de intercep o reduz a velocidade das guas precipitadas e consequentemente a taxa de eros o Tudo isto leva ao achatamento do hidrograma Constru o de Barragens O hidrograma de uma determinada sec o de um rio sofre uma profunda altera o quando nela constru da uma barragem Quando a gua passa num descarregador com uma determinada altura H l mina de gua forma se um sobre armazenamento com a mesma altura em toda a rea inundada bacia hidr ulica que um volume que fica retido pela barragem e que s sair ao fim de um tempo o amortecimento da cheia tamb m chamado de lamina o da cheia As barragens de lamina o de cheias s o constru das para atenuar as cheias que se verificam em plan cies de inunda o sempre muito ocupadas com agriculturas bem sucedidas em raz o da fertilidade dos solos com origem nos sedimentos transportados pelo
13. originado por chuvas persistentes durante pelo menos cinco dias anteriores Situa o prop cia forma o das maiores cheias O SCS recomenda que os valores de CN sejam corrigidos de acordo com as condi es antecedentes h midade do solo Foi elaborado em quadro para se obterem as condi es antecedentes de humidade em fun o da precipita o total nos cinco dias anteriores Defini es Ponto de Emurchecimento Teor em gua do solo abaixo do qual as plantas j n o recuperam a turgesc ncia Capacidade de Campo Teor em gua existente no solo e que resiste aos efeitos da gravidade drenagem INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 61 Precipita o total nos cinco dias antecedentes Condi es de mm H midade Antecedente per odo dormente per odo de crescimento 13 a 28 36 a 53 AMC II AMC MI Condi es Antecedentes de Humidade Relativas Precipita o Total nos Cinco dias Antecedentes Utiliza o ou cobertura Condi es de superf cie Tipo de solo do solo ATE Solo lavrado 7 86 91 9 segundo o maior declive Culturas arvenses segundo as curvas de n vel segundo as curvas de n vel e em terra os 60 71 7 82 segundo o maior declive Rota es de cultura segundo as curvas de n vel 60 72 81 84 segundo as curvas de n vel e em terra os pobre 68 79 86 89 normal EJEAEDES Pastagens boa 39
14. 3 7 Condutos equivalentes Um conduto equivalente a outro quando transporta o mesmo caudal sob igual perda de carga Pode aparecer o caso de um conduto equivalente a outro ou o caso de um conduto equivalente a outros Nestes casos tem que se determinar a perda de carga em uma tubagem ou um conjunto de tubagens que apresentam di metros comprimentos e factores de resist ncia diferentes Em tais casos c modo substituir se o sistema complexo por uma unica tubagem 3 7 1 Tubagens simples mesmo di metro mas factores de resist ncia e comprimentos diferentes Usando a f rmula de Darcy Weisbach J 0 0827 f 1 00827 f gt conclui se que G if L fi mesmo factor de resist ncia mas di metros e comprimentos diferentes Q J 0 0827 f L D 5 1 Q J 0 0827 f L D 5 1 conclui se que 5 L x D L D INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 20 Analogamente para a f rmula de Hazen Williams mutatis mutandis ou outras 3 7 2 Tubagens em serie As tubagens em serie condutos mistos s o formadas por tro os com di metros diferentes Figura 3 7 1 Pelos tro os da tubagem flui o mesmo caudal Q e os comprimentos e os di metros podem ou n o ser iguais J a perda de carga do tro o D L J2 a perda de carga no tro o Dz Lze J a perda de carga no
15. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V I8 Na tubagem em s rie tra am se as perdas de carga para cada tro o A perda de carga total a soma das perdas de carga referentes a cada di metro J Ji J O caudal sempre o mesmo 5 8 3 Tubagem em paralelo Sistema Q Q Q A perda de carga a mesma para todos os tro os Somam se os caudais 5 8 4 Reservat rios em cotas diferentes Sistema INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 19 Para a mesma altura manom trica somam se os caudais das duas tubula es e obt m se a curva do sistema Para caudais at Q s o R abastecido Para maiores caudais os tubos funcionam como se estivessem em paralelo com a altura manom trica Hn 5 8 5 Sistema por gravidade Q Qi Nestas instala es s se podem obter caudais at ao valor de Q Para maiores caudais tem que se instalar uma bomba para suprir as perdas de carga 5 9 Curvas caracter sticas das bombas centr fugas 75 75 60 60 451 45 30 30 15 15 0 10 n P KW Caudal em m h ou m s n Rendimento P Pot ncia Hm Altura manom trica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 20 A energia mec nica gerada pelo impulsor transferida ao
16. Todas as rochas possuem vazios denominados poros ou interst cios Quando uma rocha apresenta maior numero de poros do que outra diz se que tem maior porosidade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 2 Porosidade de uma rocha o numero de vazios que ela contem e define se como o raz o entre o volume de vazios e o volume da rocha em percentagem sendo Vy volume de vazios Vr volume total da rocha Existem v rios tipos de porosidade YA oe ENA Fes E XA IVO D asda a TH pa ANS ENA 1 Porosidade intergranular 2 Porosidade de fracturas 3 Canais de dissolu o Figura 2 2 1 Tipos de porosidade 1 Porosidade intergranular areias e argilas 2 Porosidade de fissuras granitos e gnaisses 3 Porosidade de canais calc rios dolomitos e rochas carbonatadas 4 Porosidade n o comunicante basaltos Quando a porosidade originada durante a forma o da pr pria rocha diz se que uma porosidade prim ria porosidade intergranular e n o comunicante Quando a porosidade se efectua depois da forma o da rocha denomina se secund ria como o caso das porosidades de fissuras e de canais de dissolu o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 3 No quadro a seguir enumeram se os valores da porosidade para v rios materia
17. medida pela altura da gua ca da e acumulada sobre uma superf cie plana e imperme vel Ela medida em pontos previamente escolhidos utilizando se aparelhos denominados pluvi metros ou pluvi grafos conforme sejam simples recept culos de gua ca da ou registem essa altura no decorrer do tempo As leituras s o feitas em intervalos de 24 horas e costumam fazer se s 7 ou 9 horas da manh As grandezas utilizadas s o a Altura pluviom trica Medidas feitas em pluvi metros e expressa em mm ou 1 m b Intensidade de precipita o a rela o entre a altura pluviom trica e a dura o da precipita o expressa em mm h ou mm minuto c Dura o Per odo de tempo contado desde o in cio at ao fim da precipita o horas ou minutos 1 4 4 Preenchimento de Falhas Por defeitos no aparelho aus ncia ou inc ria do operador muitas observa es apresentam falhas nos seus registos H necessidade de se trabalhar com s ries cont nuas e portanto essas falhas t m de ser preenchidas Para isso utilizam se os registos pluviom tricos de tr s esta es localizadas o mais pr ximo poss vel da esta o que apresenta falhas nos dados Se designarmos por F a esta o que apresenta falhas e por A B C as esta es vizinhas temos m e do NeT ETN N No em que N a precipita o normal anual referente a cada esta o e PF a precipita o em falha INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA
18. 1 4 7 Precipita es Anuais m dulos pluviom tricos 2 M dulo pluviom trico a m dia aritm tica anual dos valores das precipita es mensais Varia com o n mero de anos observados A Organiza o Meteorol gica Mundial recomenda o c lculo de m dulos pluviom tricos para um n mero de observa es superior a 30 anos 1 4 8 Valores Extremos Em engenharia os valores extremos s o mais importantes que os valores m dios Por exemplo para o dimensionamento hidrol gico de uma barragem interessa saber qual a menor precipita o verificada para efeitos de enchimento do lago e tamb m a maior para efeito de dimensionamento do descarregador de cheias 1 4 9 Carta de Isoietas em Ano M dio z Apresentam os m dulos de chuva Isoieta a linha que une pontos com igual pluviometria 1 4 10 Precipita es Mensais Para as precipita es mensais vale o mesmo racioc nio utilizado nas precipita es anuais Precipita o m dia mensal fict cia Pf a rela o 1 12 do m dulo pluviom trico anual INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 28 O coeficiente pluviom trico referido a um dado m s C a rela o entre a precipita o m dia mensal referida a esse m s e a precipita o m dia mensal fict cia Cp maior que 1 significa que se trata de um m s h mido Inversamente quando menor que 1 um m s seco 1 4 11 Chu
19. 9 32 2 Salto de sky concha de lan amento ou flip bucket eeeeeeeeeeeeeeeeeeseerrreserrrerssrreeses 49 9 32 34 Bacias de dissipa o i ans atene tnter S on dh sbsa AET EEEE E E EPDE EEn haD Esene SENi 50 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 9 Condutos livres Os condutos livres apresentam uma superf cie livre onde impera a press o atmosf rica ao passo que nos condutos for ados o fluido enche totalmente a sec o e o escoamento apresenta press o diferente da atmosf rica Os rios e ribeiras s o o melhor exemplo de condutos livres Al m deles os canais de irriga o os colectores de esgotos os aquedutos etc funcionam tamb m sob regime livre Apesar das semelhan as entre os dois regimes os problemas apresentados pelos canais s o de mais dif cil resolu o porque a superf cie livre SL pode variar no espa o e no tempo e portanto variam tamb m a profundidade de escoamento o caudal sendo a inclina o do fundo e a inclina o da superf cie grandezas interdependentes S o de dif cil obten o os dados experimentais sobre condutos livres Em condutos for ados a sec o circular a mais usual o mesmo n o sucedendo com os condutos livres Os condutos livres quando de pequena sec o s o circulares Os grandes aquedutos apresentam a forma ov ide Os canais escavados em terra apresentam sec o trapezoidal a maioria das vezes semi
20. E Linha z de carga ir Linha Plezom trica E qu 2 g E Fundo a ES fd E 2 Datum o n Figura 9 25 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 4 sendo AL tro o de canal em regime permanente gradualmente variado entre as sec es 1 e 2 i tan declividade do fundo j tan 0 gradiente hidr ulico y profundidade em 1 y2 profundidade em 2 U velocidade em 1 U velocidade em 2 AH perda de carga ente 1 e 2 Pela equa o de Bernoulli 2 2 U U z ty y gt 4AH 2 2 2 Como AH j AL perda de carga Az i AL perda de energia de posi o E E AE i AL AE j AL AE i j AL Pela f rmula de Manning a n p ou seja INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 42 gt nQ A ZAR o eh Substituindo I por j na f rmula vem j Admitindo que A 0 5 A 4 P 05 PB B m R 0 5 Ra Rio As equa es Asse j e n Q Y SR j permitem determinar a forma e a posi o da linha de gua Na primeira equa o podemos arbitrar o comprimento ALe calcular por tentativas a profundidade y que satisfa a a equa o o processo usado no estudo dos rios Quando a sec o constante como o caso dos canais conhece se y e determina se U Tomando U ligeiramente diferente de U 10 a 20 determin
21. Factor de forma K a rela o entre a largura m dia e o comprimento axial da bacia Mede se o comprimento mais longo L desde a sec o considerada at cabeceira mais distante da bacia A largura m dia L obt m se dividindo a rea A pelo comprimento da bacia L L A L K AIP K LIL sendo L moukm L mou km A m ou km Kp adimensional INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 10 O factor de forma constitui outro ndice da maior ou menor tend ncia para enchentes de uma bacia Uma bacia com um factor de forma baixo menos sujeita a enchentes que outra de mesmo tamanho por m com maior factor de forma Uma bacia estreita e longa com factor de forma baixo apresenta menor possibilidade de ocorr ncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extens o Al m disso a contribui o dos afluentes atinge o rio principal em v rios pontos ao longo do mesmo ao contr rio da bacia circular em que a concentra o de todo o defl vio da bacia se d num ponto s 1 3 3 3 Rect ngulo Equivalente Trata se de uma forma de ajuizar a influ ncia das caracter sticas da bacia sobre o escoamento Elabora se um rect ngulo equivalente cuja rea seja igual da bacia de lados L e l As curvas de n vel devem ser paralelas ao lado menor I de acordo com a hipsometria da bacia O per metro da ter de ser tamb m igual ao da bacia P 2 L 1 A L l
22. Quando os ingleses ocuparam a India encontraram s no estado de Madrasta milhares de barragens de pequeno porte todas destinadas irriga o Uma delas em Ponniary inundava 20 000ha Na ilha de Ceil o quando os portugueses l desembarcaram encontraram mais de 700 barragens Os rabes na Peninsula Ib rica constru ram centenas de barragens para rega hoje todas completamente assoreadas Os romanos deixaram numerosas barragens na Peninsula Ib rica Em Portugal existem vest gios de algumas mencionadas no livro Aproveitamentos Hidr ulicos Romanos a Sul do Tejo de Ant nio de Carvalho Quintela et alii edi o da DGRAH As maiores s o Monte Novo H 5 7m L 52m Almarj o H 5 2m L 55m Muro em Campo Maior H 4 6m L 50m e Pis es H 3 0m L 130 Na actividade desde o in cio do s culo constru ram se milhares de barragens a maioria destinada ao aproveitamento hidroel ctrico As maiores do mundo em volume de acumula o s o Owen Falls Uganda 204 8 10 m Bratsk URSS 169 3 10 m Kariba Zimbabwe 160 4 10 m Sadd el ali Egipto 157 0 10 m Akosombo Guiana 148 0 10 m INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII A maior em gera o de energia Itaipu Brasil com 12 000 MW Em Portugal a maior barragem a de Castelo de Bode com 115m de altura comprimento de 295 00 m e volume armazenado de 0 8 1
23. Somam se os valores acima referidos 7 Finalmente acrescenta se ao valor achado um valor correspondente ao grau de sinuosidade do leito do rio Os resultados obtidos devem ser comparados com as marcas de refer ncia ou informa es colhidas no local sobre a m xima enchente determinada INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 46 Uma boa orienta o sobre o coeficiente n de Manning no tocante a canais naturais nos dada por Ven Te Chow no seu livro Open Chanel Hidraulics edi o Mc Graw Hill onde s o indicadas maneiras de classificar a rugosidade do rio e melhor ainda s o apresentadas fotografias bem significativas sobre v rios rios com v rias configura es e vegeta o nas margens 1 9 3 D ficit de Escoamento Designando por P a altura pluviom trica anual sobre uma bacia hidrogr fica e por R a altura m dia do escoamento respectivo o d ficit D do escoamento anual ser D P R O balan o de escoamento de uma bacia hidrogr fica pode ser assim resumido Ganhos precipita o P reservas subterr neas S Total dos ganhos P S Perdas escoamento no per odo considerado R evapora o e evapotranspira o E reservas acumuladas S AS Total das perdas R E S AS O balan o hidrol gico total ser P S R E S AS Se AS tiver o mesmo valor das reservas no in cio e no fim do per odo considerado ou for muito pequeno em cotejo com P e R
24. UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 25 1 4 5 Varia o da Precipita o Em geral a chuva atinge m ximos no Equador e decresce com o aumento da latitude mas existem outros factores que afectam mais a distribui o geogr fica da precipita o do que a dist ncia ao Equador Apesar de muitas teorias sobre a mat ria n o h ainda um consenso Embora os registos de chuva possam sugerir uma tend ncia de aumentar ou diminuir h uma tend ncia de voltar m dia ou seja os anos chuvosos s o compensados com anos secos 1 4 6 Precipita o M dia sobre uma Bacia Quando se deseja conhecer um valor m dio de precipita o numa determinada bacia dentro da qual e nas vizinhan as existem postos pluviom tricos h quatro processos para obten o do valor m dio 1 M dia aritm tica simples Admite se para toda a rea considerada a m dia aritm tica das alturas pluviom tricas medidas nas diferentes esta es nela compreendidas ou nas vizinhan as A varia o das precipita es entre as esta es tem que ser pequena Admite se que P P m x m x min lt 0 5 ou 0 25 P Este m todo n o muito utilizado 2 M dia ponderada com base nas varia es de caracter sticas f sicas da bacia Este m todo empregado em reas restritas muito acidentadas e utilizando se curvas de n vel para delimitar zonas parciais Tem que haver uma indica o segura de que a dist
25. a drenagem criptorreica Em terrenos calc rios solos Carsticos vulgar aparecerem sumidouros no rio e este apresentar fracos coeficientes de escoamento run off Este tipo de perda de gua n o deve ser confundido com infiltra o Os sumidouros denominam se dolinas 1 3 2 Classifica o dos Cursos de gua De acordo com a const ncia do caudal os cursos de gua classificam se em a Perenes a exist ncia de um len ol subterr neo mant m um caudal cont nuo e o n vel da gua nunca desce abaixo do respectivo leito b Intermitentes s apresentam caudal durante a ocorr ncia de chuvas porque o len ol subterr neo de gua mant m se acima do leito fluvial o que n o ocorre na poca da estiagem c Ef meros s transportam escoamento superficial A superf cie fre tica encontra se sempre a um n vel inferior ao leito fluvial n o havendo possibilidade de escoamento do fluxo subterr neo Os rios ef meros s o normalmente muito pequenos Bacias Grandes e Bacias Pequenas H uma not vel diferen a entre pequena e grande bacia hidrogr fica que n o depende unicamente do seu tamanho Os caudais de uma pequena bacia de drenagem s o parcialmente influenciados pelas condi es f sicas do solo e sua ocupa o do clima e coberto vegetal O estudo hidrol gico feito sobre a pr pria bacia Numa grande bacia o efeito de armazenamento no leito do rio relevante de tal modo que predomina sobre o estudo hidrol gico
26. da bomba ganhar velocidade mais altas e o golpe de ar ete poder atingir valores alt ssimos no momento do fecho Se a v lvula de reten o fechar se rapidamente o golpe de ar ete n o chega a atingir um valor maior do que duas vezes a altura manom trica Para o c lculo rigoroso do golpe de ar ete necess rio conhecer se os seguintes dados a Momento de in rcia das partes rotativas da bomba e do motor kgxm b Caracter sticas internas da bomba efeitos sobre a dissipa o da energia funcionamento como turbina c Condi es de compress o e comportamento da onda de press o O c lculo rigoroso do golpe de ar ete feito graficamente pelo processo de BERGERON INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 9 7 5 Medidas que atenuam o golpe de ar ete A fim de se limitar o golpe de ar ete em instala es de bombagem costumam adoptar se as seguintes medidas isoladas ou em conjunto a Limita o da velocidade nas condutas b Seccionamento lento das v lvulas atrav s de pe as que n o permitem a oclus o r pida c Instala o de v lvulas de reten o ou v lvulas especiais d Emprego de tubos que resistem m xima press o prevista que geralmente o dobro da press o est tica e Utiliza o de aparelhos especiais que limitam o golpe de ar ete tais como v lvulas BLONDELET f Emprego de c maras de ar comprimido
27. m INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 16 A altitude ou eleva o m dia obt m se na curva hipsom trica atrav s de um rect ngulo cuja rea igual quela limitada pela curva hipsom trica e os dois eixos coordenados A altura do rect ngulo igual eleva o m dia Um outro processo o de se planimetrar as reas entre duas curvas de n vel A eleva o m dia ser E RE a A Sendo E eleva o m dia c cota m dia entre duas curvas de n vel a rea planimetrada correspondente a c A rea total 1 3 9 Perfil Longitudinal de um Rio Pode ser obtido dos mapas topogr ficos desde que apresentem curvas de n vel suficientes para se conseguir uma boa conforma o do terreno Cartas topogr ficas com equidist ncia de curvas de n vel de 10m j nos d o um bom perfil longitudinal A velocidade de escoamento de um rio depende fundamentalmente da inclina o do talvegue Quanto maior a inclina o do talvegue maior ser a velocidade da gua Declividade ou inclina o entre dois pontos de um talvegue o quociente entre o desn vel e o comprimento reduzido do horizonte ou seja a tangente do ngulo de inclina o 950 900 Altitude 850 em m 800 750 700 650 600 550 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 km INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR
28. n o definido usada para projectos de obras de urbaniza o loteamento etc SORA LO TC C ip r _ 0 0000276 ip Cr b s 0 333 sendo TC tempo de Concentra o em minutos L comprimento da vertente do escoamento superficial em Km ip intensidade m dia da chuva em mm h S declividade m dia da vertente em percentagem Cr coeficiente de retard ncia que tem os seguintes valores Superf cie asf ltica lisa 0 007 Pavimento de bet o 0 012 Pavimento de brita betume 0 017 Relvado aparado 0 046 Relvado denso 0 060 C o coeficiente de escoamento da f rmula racional esta f rmula s aplic vel para pequenas reas O Eng RAMSER do Departamento de Agricultura dos EUA fez grande n mero de medidas de caudal superficial em pequenas bacias agr colas de inclina o aproximadamente 5 e de extens o aproximadamente dupla da largura m dia da bacia tais valores s o apenas indicativos e est o sujeitos a varia o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 42 TEMPO DE CONCENTRA O EM PEQUENAS BACIAS TC m nimo em TC m nimo em minutos minutos Em urbaniza o por exemplo costuma aplicar se um per odo fixo de 5 minutos como tempo necess rio para que toda a chuva ca da num quarteir o alcance o aqueduto do cruzamento mais pr ximo jusante O tempo normal de 3 a 10 minutos O Tempo de Concentra o pode ser estimado a partir
29. neo quando a resist ncia ao escoamento a mesma em qualquer ponto e segundo uma direc o A homogeneidade relativa e depende das dimens es intr nsecas dos materiais Um solo com gr os milim tricos ser homog neo em rela o a um valor de escala compat vel como por exemplo 1 dm J um maci o rochoso ser homog neo se considerarmos um valor de escala muito maior INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 10 Quando a resist ncia ao escoamento igual em todas as direc es o meio poroso pode considerar se is tropo A grande maioria dos meios porosos naturais n o s o is tropos s o anis tropos Apesar da anisotropia os meios porosos podem considerar se homog neos desde que se estabele a uma escala de homogeneidade compat vel com as respectivas dimens es Foi o franc s Henry Darcy quem em 1856 estabeleceu uma lei relativamente ao fluxo subterr neo em meio poroso A sua lei estabelece que o volume de gua que passa atrav s de um leito de areia ou outro material directamente proporcional press o e a um coeficiente que depende da natureza do material e inversamente proporcional espessura do leito atravessado Uma das melhores demonstra es pr ticas da lei de Darcy foi feita por Hubbert utilizando um dispositivo de sua autoria Segundo a lei de Darcy O__ mh A dl sendo Q caudal que atravessa o leito A rea da sec
30. o origem aos estudos hidrol gicos e hidr ulicos M todo da An lise das Correla es Faz se a an lise estat stica das medi es hidrol gicas de campo Pode depois obter se f rmulas ou bacos para aplica es pr ticas necess rio um grande n mero de observa es regulares Em grandes bacias o m todo mais aconselh vel geralmente nas grandes bacias os locais especiais gargantas ou desfiladeiros pontos importantes foz etc possuem esta es de medi o de caudais de sedimentos e esta es meteorol gicas M todo do Hidrograma Unit rio Utiliza se a teoria do hidrograma unit rio um m todo que se aplica no estudo de pequenas bacias hidrogr ficas dos quais n o se t m dados de caudais Neste caso atrav s de medi es cuidadosas do caudal e da respectiva chuva obt m se uma envolt ria de hidrogramas da qual se origina o HU que pode depois ser utilizado para qualquer chuva INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 72 1 9 13 M todos Estat sticos Os estudos hidrol gicos s o abordados segundo duas escolas a f sica e a estat stica Modelos determin sticos explicam o comportamento dos fen menos hidrol gicos segunda as leis da f sica Estes modelos foram abordados no cap tulo anterior com especial relev ncia para o hidrograma unit rio Modelos estoc sticos explicam o comportamento dos fen menos hidr ulicos
31. o anelar INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 26 O espa o anelar tem que ter uma espessura m nima de 100 mm perfura o e a cimenta o da lama s o suspensas O revestimento descido at ao fundo do po o Utilizando tubos de 32 mm faz se uma bombagem de calda de cimento de presa r pida para o fundo do revestimento de modo a formar um tamp o de veda o Depois de se adequar um tempo para presa continua se a bombagem pelo espa o anelar suspendendo se o tubo medida que vai subindo a cimenta o Cimenta o por dentro Faz se este tipo de cimenta o quando o espa o anelar reduzido n o permitindo a introdu o do tubo de bombagem da calda de cimento Este m todo continuo e eficiente O po o bem limpo atrav s da circula o da lama Desce se o revestimento ficando um metro acima do fundo do po o S o descidas as hastes de perfura o com uma v lvula na ponta que fica presa na boca inferior do revestimento calda de cimento bombeada por dentro das hastes at que a mesma escoe pelo espa o anelar 2 2 12 Desenvolvimento dos furos A perfura o de furos segue duas fases distintas a Perfura o b Acabamento Na fase de acabamento incluem se as seguintes etapas 1 Coloca o do revestimento 2 Coloca o do filtro 3 Desenvolvimento e limpeza 4 Cimenta o para protec o san
32. parte superior da tubagem dificultando o seu funcionamento Deve tamb m considerar se En y y sendo P press o do vapor liquido temperatura considerada 3 Condi o Consideram se os pontos C v rtice do sif o e o ponto D sa da do sif o P Z P ze Zzp t Up J Yy 28 Yy 28 L U n Zrt z D 2 g P 2 2 ne tat is EE A y 2 8 y 2g P P H J K que nos faz afirmar que o ramo descendente tem um comprimento limite Se este ramo se prolongasse indefinidamente as perdas de carga atingiriam valores que tornariam a express o P H lt J 4 negativa o que uma situa o imposs vel A equa o U 2 g H 1 leva nos a supor que aumentando H a velocidade cresce e com ela o caudal Mas esta situa o n o sustent vel porque a equa o P P H J K estabelece o limite de H e consequentemente de Hs INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 13 Sif es invertidos Impropriamente designados por sif es as tubagens entre dois reservat rios situando se o reservat rio de jusante em cota mais baixa do que o reservat rio de montante E um caso j visto Figura 3 2 8 2 O sif o invertido muito usado em canais quando h necessidade de transpor uma estrada e n o poss vel fazer se uma ponte canal Um outro tipo tamb m impropriamente cham
33. po o de aspira o R reservat rio de chegada T tubagem de compress o N tubagem de aspira o H altura geom trica ou est tica dist ncia na vertical entre os dois NA s H h h h altura de compress o dist ncia vertical entre o eixo da bomba e o NA de chegada Pode ser positiva ou negativa h positiva quando o NA estiver abaixo do eixo da bomba e negativa quando estiver acima do eixo da bomba ha altura de aspira o dist ncia vertical entre o eixo da bomba e o NA da po o de aspira o Pode ser positiva po o de suc o abaixo da bomba ou negativa po o de suc o acima da bomba afogada INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV 2 5 perdas de carga na tubagem de compress o H altura de compress o total ou altura din mica de compress o H h J Ja perdas de carga na tubagem de aspira o H altura de aspira o total ou altura din mica de aspira o H h J Le comprimento da tubagem de compress o La comprimento da tubagem de aspira o Je SL 1 l ES R2 He he hg B 1 ha Figura 4 1 1 Quando o sistema estiver a operar verificam se perdas de carga continuas nas tubagens e acidentais ou localizadas nos acess rios e v lvulas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV 3 U TE jd Sos
34. ricas estabelecida uma regra pr tica a fim de substituir o julgamento Foi muito usado no in cio deste s culo M todo das F rmulas Deduz se uma f rmula para se achar o caudal m ximo Ven Te Chow relacionou as f rmulas mais conhecidas em n mero de 120 desde as muito simples at mais complexas um m todo que esteve muito em voga sendo de real ar que quase todos os pa ses apresentaram a sua f rmula o m todo ainda pode ser usado para avalia o ou compara o com outros m todos A imprecis o deste m todo reside na dificuldade em estabelecerem se coeficientes adequados para as bacias em estudo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 71 M todo das Tabelas e bacos Para a aplica o das f rmulas emp ricas s o elaboradas tabelas e bacos que facilitam os c lculos muito embora hoje com a inform tica j n o t o trabalhoso como outrora utilizar f rmulas complicadas Deve notar se no entanto que o uso de tabelas e bacos apresenta a vantagem de se poder rapidamente avaliar o fen meno em seu aspecto global M todo Racional Muito difundido baseia se na f rmula racional j descrita anteriormente M todo das Observa es Directas Este m todo exige estudos pormenorizados da bacia hidrogr fica e do canal de escoamento do rio al m de observa es meteorol gicas regulares e exactas que dar
35. sendo A rea da bacia em km P per metro da bacia em km As vari veis Le s o calculadas por P K 0 28 VA K NA P 0 28 1 2 LIL K NA A Re pen 2 1 0 28 Resolvendo o sistema S por artif cios Sia AA KONA L 0 28 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 0 56 L Kc VA L 0 56 A 0 Ke JA Kc VA 4 0 56 0 56 A L 1 12 pKedA kea 1 25 A 112 1 12 a 2 2 g2 eg E 1 12 1 12 K JA KA LIZ L lt lt ll 112 112 K e analogamente para l pKa KA 12 112 1 12 K c Tipicamente o rect ngulo equivalente representado graficamente como na figura seguinte com as altitudes respectivas COTAS N N S S g co Es o e E N N 5 34km 1 3 4 Sistema de Drenagem Uma bacia compreende o rio principal e os seus tribut rios ou afluentes A ordem dos rios uma classifica o que reflecte o grau de ramifica o ou bifurca o dentro de uma bacia Segundo Horton Strahler os rios s o classificados de forma como se apresenta na figura INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 12 Linhas de gua que n o tenham tribut rios s o considerados de 1 ordem Quando duas linhas de 1 ordem se juntam passa a formar se um rio de 2 ordem Dois rios de ordem n d o lugar a um rio d
36. 1800 a 1900 Afirma o da hidrologia 6 Per odo de Empirismo 1900 a 1930 Fase unicamente descritiva onde se pretende reduzir os fen menos hidrol gicos a meras f rmulas 7 Per odo de Racionaliza o 1930 a 1950 Aparecimento do primeiro computador ENIAC em 1945 8 Per odo Te rico depois de 1950 Aparecem os grandes hidr logos Ven Te Chow Linsley Meyer Roy Sherman Robert Horton e Merril Bernard Em 1962 aparece a grande obra Handbook of Applied Hidrology de Ven Te Chow e outros INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 14 1 1 Ciclo Hidrol gico H v rios processos de visualizar o ciclo hidrol gico representa o qualitativa feita por Horton que usa sectores circulares representa o quantitativa feita por Setton que leva em conta o conceito de unidades relativas O mais simples o apresentado por Colman O ciclo tem in cio com a evapora o da gua dos oceanos O vapor resultante transportado em massa de ar que sob certas condi es de press o e temperatura condensa formando nuvens que d o origem s chuvas A gua das chuvas tem v rios destinos a uma parte evapora se antes de atingir o ch o b uma parte infiltra se dando origem aos len is fre ticos c uma parte escoa dando origem aos rios e c rregos d uma parte pode transformar se em gelo que posteriormente ir derreter e uma parte fica r
37. 51 sendo l o comprimento virtual de cada acess rio que multiplicado pela perda de carga unit ria j J L j Quando o di metro constante a inclina o da linha de carga efectiva tamb m constante Figura 3 1 3 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 3 JEJ 1 J 2 J 3 J perda de carga correspondente ao tro o de di metro D e Lz Jo perda de carga correspondente ao tro o de di metro Dz e Lz J perda de carga correspondente ao tro o de di metro D e Ls J gt J gt J gt D lt D lt D 3 2 Perfis em rela o linha de carga 3 2 1 12 Situa o A4 PCA Tis Fa sas E A3 Eixo da conduta Figura 3 2 1 1 PCA plano de carga absoluta PCE plano de carga efectiva LCA linha de carga absoluta LCE linha de carga efectiva AA carga din mica efectiva AA carga est tica efectiva AAs carga din mica absoluta AA carga est tica absoluta INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 4 Na figura atr s a tubagem OP est totalmente abaixo da LCE Em todos os seus pontos Es 0 Num piez metro instalado em A a gua sobe at A o escoamento normal e o caudal calculado flui com garantia e constante Em qualquer ponto a gua sobe em piez metros at atingir LCE com a gua em movimento Esta situa o tem
38. A rea compreendida entre A inicio do hidrograma P pico do hidrograma e C fim do hidrograma ou seja a rea da camp nula fornece nos o volume superficial escoado V O coeficiente de escoamento ser C V 1V sendo V volume escoado em m V volume total precipitado em m V A P sendo A rea da bacia hidrogr fica em m P chuva real ou efectiva em mm transformados para m 1 9 7 Hidrograma Unit rio O efeito que a quantidade e intensidade da chuva provocam sobre um hidrograma estudado atrav s do m todo do Hidrograma Unit rio LEROY S SHERMAN em 1932 apresentou a seguinte proposi o Se duas chuvas ocorrem sobre uma bacia hidrogr fica em condi es id nticas anteriores s chuvas os hidrogramas de escoamento directo das duas chuvas podem ser supostos iguais INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 54 Hidrograma Unit rio o que resulta de um escoamento superficial unit rio correspondente a 1 cm de altura de gua sobre toda a bacia O HU rege se por tr s princ pios 1 princ pio Tempo de base constante Chuvas de iguais dura es originam dura es de escoamentos superficiais iguais Tempo I Chuva I2 Q1 Caudal Q2 Tb Tempo Pela figura se verifica que numa bacia hidrogr fica a dura o do escoamento superficial a mesma para chuvas uniformemente distribu
39. C M L C E E E E L Hm V T L gt L Impuls o longa INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII IS L C M Linha de carga manom trica L C E Linha de carga est tica L C P Linha de carga na paragem B Bomba C Reservat rio Lc Comprimento cr tico a dist ncia que separa o final da compress o do ponto cr tico coincid ncia dos valores de MICHAUD e ALLIEVI da axt 2 emC EP 2 L U PA Ra O a E 2 L amp H g amp a 4 9 Protec es contra o golpe de ar ete Estuda se a protec o contra o golpe de ar ete num conjunto elevat rio depois de se ter calculado a sobrepress o devida paragem imprevista do conjunto motor bomba Regra geral a tubagem resiste sobrepress o mas as altera es bruscas de press o com muitas oscila es originam varia es nas tens es dos materiais especialmente junto das juntas muito prudente adoptar se algum tipo de protec o independentemente da condi o de resist ncia da tubagem Os principais meios de protec o contra o golpe de ar ete s o a V lvulas de reten o Colocadas entre a bomba e a v lvula de sa da A sua principal fun o fechar rapidamente a tubagem quando a bomba desligada evitando que a sobrepress o que se forma na linha de sobrepress o golpe de ar ete se propaguem pelo l quido interior da bomba submetendo a a perigosas press
40. DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 4 A rea da curva de n vel I A 1 rea da curva de n vel imediatamente a seguir O volume total ser o somat rio dos volumes parciais Um outro processo usado quando se deseja rapidez no levantamento consiste em seccionar a bacia hidr ulica futura em v rios perfis transversais a distancias certas A semi soma entre as reas de duas sec es cont guas multiplicada pela respectiva dist ncia d nos o volume parcial O volume total ser o somat rio dos volumes parciais Vss Si Sia d 2 este levantamento pode utilizar se apenas em bacias hidr ulicas tipo salsicha sem nenhum afluente e de conforma o geomorfol gica bem homog nea Uma vez obtidos os volumes parciais pode elaborar se um mapa onde constem em cada cota as respectivas reas e volumes Com este mapa poder elaborar se o diagrama curva cota rea volume de valor important ssimo para todo o processo de projecto e de futura opera o do reservat rio Curva Cota rea Volume de uma barragem Exemplo Para uma altura hidr ulica de 16m altitude de 534m a barragem acumula 2 26 10 m e inunda uma rea de 51ha O levantamento do sitio da barragem planta perfil longitudinal e perfil transversal do eixo feito s escalas 1 500 e 1 1000 Especialmente quando se trata de barragens de terra abrange uma rea relativamente grande O perfil longitud
41. DL I c C C j A ou seja a declividade m dia de uma bacia hidrogr fica igual ao produto da equidist ncia natural entre as curvas de n vel pelo comprimento total das mesmas dividido pela rea da bacia hidrogr fica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 15 De acordo com a inclina o m dia das vertentes o relevo pode ser classificado de acordo com o quadro seguinte Classifica o do relevo segundo a inclina o m dia das vertentes 1 3 7 2 Curva Hipsom trica a representa o gr fica do relevo de uma bacia Representa o estudo da varia o da eleva o dos v rios terrenos da bacia com refer ncia ao n vel m dio do mar Esta varia o pode ser indicada por meio de um gr fico que mostra a percentagem da rea de drenagem que existe acima ou abaixo das v rias eleva es A curva hipsom trica pode ser determinada pelo m todo das quadr culas ou planimetrando se as reas entre as curvas de n vel Atrav s da curva hipsom trica obt m se a altitude m xima a altitude m nima a altitude m dia e a altitude mediana 1 3 8 Eleva o M dia da Bacia A varia o da altitude importante pela influ ncia que exerce sobre a precipita o sobre as perdas de gua por evapora o e transpira o e consequentemente sobre o defl vio m dio A temperatura diminui substancialmente com a altitude Altitude 620
42. ES AI LR O GR O A Ea 19 3 7 2 Tubagens EM Seriessnsscissiers riii n rasa aa a o T Reia i 20 Sao T bag ns em ara S O iris se oe ei E E E A EEEE 21 3 8 Tubagens com caudal de percurso sssseesssessssssserereeesssssseerrreesssssseerereessse 22 Anexo A F rmulas para o c lculo da perda de carga esseere 25 A 1 F rmula de Darey Weisbach ssa gas pasado sines das Sadia dass od naus gaadaa 25 A 2 F rmula de Hazen Williams eeeeeeeeeeeeeeeeeeesesessseressserressssreesssererrsesreesssree 25 A 3 F rmula de Manning Strickler e rerreraeaeea 25 A4 F rmula de Scimemi Ferro D ctil rr rrerrrerrana 25 A 5 F rmula de Scimemi PVC e Polietileno eesee ee ii nneen iai 25 A 6 F rmula de Hazen Wilhams s e creesscreereersorcenesraneaeranaa 26 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 1 3 Condutos sob press o 3 1 Linha de carga Linha de carga o lugar geom trico dos pontos que representam a soma das tr s cargas geom trica ou de posi o manom trica ou de press o e de velocidade ou cin tica SL Plano de carga efectiva PCE V lvula Ventosa Lic a e R2 Descarga de fundo V lvula Descarga de fundo Figura 3 1 1 Perfil Curva horizontal R1 V lvula V lvul
43. L HEH R vem Q R S 2 g H Na pr tica costuma adoptar se 0 5 lt R lt 0 8 Como NA constante a velocidade m dia tem de ser positiva e a sa da tem de situar se abaixo do PCE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA H1I 11 2 Condi o Entre Be C U B U ZR z EH y 28 Yy 2g As perdas de carga no ramo ascendente s o dadas por J peth D 2 8 P P H aa jaah e eag Y Y 28 P P z a r e y Y 28 N gt P LEN nhas 2 8 Y 4 e para que U gt 0 tem que ser Ej l Po gt H J Y Y E E l H lt o 4 K donde se conclui que a cota do v rtice H2 acima do PCE deve ser sempre inferior ou seja altura da press o atmosf rica local Quanto maiores forem as perdas de carga no ramo P ascendente menor ser H2 em rela o a K e Quando a press o no v rtice se anular temos Y E H lt J Y que o m ximo valor te rico de H2 consideradas as perdas de carga J4 Na pr tica deve considerar se para valor m ximo de H2 a altura de 6 m c a ao n vel do mar porque com esta altura a press o no v rtice j atinge valores baixos que provocam o aparecimento de ar dissolvido e a forma o de vapores que se acumulam na INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 12
44. Or SOLEIRA TERMINAL BLOCOS DE QUEDA Pad DENT CA E 7 gt E l l 4 Loans G ES Ro z TE EE TANA T Es RA E f 12 su ESSE As aos EE 12 ERRO Est e a ER Baia a E AHHH A E BEEN j SEER RR zana E A i a Si MINIMO VALOR DE Yy 1 E E RESMNCERREREDRRES 4 4 6 8 10 12 14 i 16 Eri Figura 9 32 3 13 he P Bi NE 273 6 B S z 14 16 Figura 9 32 3 14 Fr gt 4 5 U gt 15m s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE IX 55
45. Quando as albufeiras recebem esgotos dom sticos ou industriais h uma eutrofiza o r pida de efeitos danosos i Estratifica o t rmica Num lago as temperaturas ficam estratificadas de acordo com as profundidades Cada estrato possui suas caracter sticas pr prias de fauna e flora A oscila o brusca da gua e a eutrofiza o podem alterar todo o equil brio da temperatura jJ Sedimentos a gua das chuvas transporta sedimentos em suspens o e atrav s de arrasto carga de leito As primeiras transporte s lido em suspens o ou dilui o s o retidos atrav s da sedimenta o decanta o Pelos descarregadores de cheias sai gua mais limpa com menos sedimentos o que pode comprometer a vida ribeirinha a jusante H peixes que se alimentam destes sedimentos Um caso muito conhecido o da barragem do Assu o que privou o delta do Nilo dos sedimentos necess rios agricultura e ao alimento do pescado sardinha existentes na foz do rio Os sedimentos sujeitos a arrasto carga de leito s o retidos na entrada da albufeira formando um delta pluvial k Regime do rio quando um rio barrado e sua gua desviada para irriga o h trechos do rio que ficam praticamente secos causando problemas k 1 Altera o do regime do rio que fica com as condi es hidr ulicas modificadas k 2 Morte dos peixes k 3 Cria o de passagens para animais selvagens que poder desequilibrar todos os ecossistemas
46. Sec es com rugosidades diferentes Figura 9 20 1 Quando o per metro molhado de uma determinada sec o inclui tro os com diferentes rugosidades n n gt nz admite se uma rugosidade m dia obtida pela seguinte express o devida a Forcheimer P n P n P n i o a n INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 35 9 21 Sec es de concord ncia As sec es de concord ncia s o necess rias sempre que um canal com uma determinada geometria muda de forma como por exemplo a passagem de uma sec o trapezoidal a rectangular As concord ncias devem obedecer a determinadas regras para que sejam m nimas a turbul ncia e a perda de carga Se a transi o for feita de uma sec o maior com velocidade U para uma sec o menor de velocidade U o abaixamento h do n vel da gua ser iss Da eia Es 2 g Leg 2 g 2 8g Se a transi o for gradual de uma sec o menor U para uma maior U o n vel vai elevar se a uma altura A REPOR 2 g 2 8g 2 g Dub Para comprimento da sec o de concord ncia costuma adoptar se um valor que corresponde a um ngulo aproximado de 12 5 entre as arestas do fundo do canal 9 22 Curvas horizontais As curvas horizontais em canais originam uma resist ncia as escoamento O movimento da gua provoca uma sobre eleva o do liquido devido for a centrifuga na parte exterior da curva
47. aen r io E B tca s A c PCE Te M T a SE is R1 E a a E o E a l Es to SCE a fia Egas a M iios Figura 3 2 5 1 HI 7 O escoamento s ser poss vel se a conduta for escorvada e passa a funcionar como sif o No tro o ABC verifica se uma depress o e o funcionamento muito deficiente 3 2 6 6 Situa o O tro o ABC situa se acima da LCA mas abaixo do PCA E um sif o funcionando nas piores condi es PCA a 2 a i a z gt Ne SL PCE EM acc A ta a R1 Des S o a bica o Ee Leg te LME iins ii aa Figura 3 2 6 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 3 2 7 7 Situa o O tro o ABC est acima do PCA PCA x fes PCE fas o Leg ico A Fa Si Se a Ss ss Leg SA N SL R2 P Figura 3 2 7 1 N o vi vel o escoamento por gravidade H necessidade de instalar um sistema elevat rio que possa aduzir a gua at ao ponto B Deste ponto at P o escoamento far se por gravidade 3 2 8 Sif es situa o Sif es s o tubagens parcialmente for adas situadas acima do PCE ver 5 Um sif o para funcionar deve estar inicialmente cheio de liquido Depois de cheio escorvado o liquido escoa se devido ao desn vel H entre o N
48. ainda de uma forma mais simplificada _ Q Q Q 5 A equa o 0 0827 f L Fed mostra que a LCE de uma tubagem com caudal de percurso uma par bola cubica Quando Q caudal de sa da nulo Q q L A perda de carga 0 0827 f L Q J z D 3 ou seja quando Q O a perda de carga total igual a um ter o da que se verifica se o caudal inicial Q se mantivesse constante INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 25 Anexo A F rmulas para o c lculo da perda de carga A 1 F rmula de Darcy Weisbach 0 0827 f Q L J n sendo J m f adimensional Q m s L m A 2 F rmula de Hazen Williams 10 643 0 5 L J C5 pi A 3 F rmula de Manning Strickler 10 291 0 L J p D A4 F rmula de Scimemi Ferro D ctil 0 00134 Q 1886 L J p5 186 A 5 F rmula de Scimemi PVC e Polietileno J 0 000692 0 75 L pt INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA TI 26 A 6 F rmula de Hazen Williams Valores de C Tipo de tubo Idade Di metro Ferro Novo At 100 s revestimento 100 200 A o sem revestimento 200 400 400 600 10 anos At 100 100 200 200 400 400 600 20 anos At 100 100 200 200 400 400 600 30 anos At 100 100 200 200 400 400 600 Ferro d ctil Novo ou At 100 Fibrocimento
49. atrav s de m todos estat sticos a componente aleat ria sobrep e se componente f sica A constru o de um aqueduto ou de um tro o de estrada por insufici ncia de drenagem n o acarreta perda de vidas humanas e o respectivo dimensionamento rege se por considera es diferentes das que regem por exemplo o descarregador de uma barragem Quando n o h perdas de vidas h um risco a tomar de contr rio as obras tornar se o muito caras H uma correspond ncia entre a grandeza da cheia e a sua frequ ncia e esta correspond ncia pode ser aproveitada para tornar a obra mais econ mica O per odo de recorr ncia T tamb m chamado tempo de recorr ncia ou per odo de retorno o intervalo m dio de anos em que ocorre um determinado fen meno com a mesma grandeza ou maior Sendo P a probabilidade de este evento ocorrer ou ser superado tem se Como n o se conhece a probabilidade te rica faz se uma estimativa a partir da frequ ncia observada Se for n o n mero de anos observados de um determinado evento por exemplo um caudal m ximo tem se uma s rie de valores anuais Ordenando se esses valores em ordem decrescente a frequ ncia com que um determinado valor de ordem m igualado ou superado em n anos m F crit rio de Kimbal n 1 Quando n muito grande o valor de F aproxima se de P Para per odos de recorr ncia menores do que o n mero de anos de observa es o valor F pode dar uma INSTITUTO
50. com o da perda de carga INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 17 Considerando a formula de Darcy Weisbach para o c lculo das perdas de carga em tubula es em press o z AUS D 2 g j e o raio hidr ulico para condutos circulares dado por 4_P P 4 e substituindo a a U 4 R 2 8 ou seja pei EuR a f sendo c E8 f temos U C JR i conhecida como a f rmula de Chezy em que C o factor de resist ncia v lido para condutos circulares O factor de resist ncia C obt m se experimentalmente em fun o do raio hidr ulico R e da natureza das paredes do canal definida por um coeficiente n Bazin 1897 baseado em experi ncias prop s a seguinte equa o 87 C pel JR Manning prop s a seguinte equa o guie n Sendo n um coeficiente que depende do material Substituindo C de Manning em U C Ri temos a formula de Manning INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 18 ssa n sendo U velocidade m s Ei a A R raio hidr ulico R E m A rea da sec o m2 P per metro molhado da sec o m i inclina o ou declividade do canal m m n coeficiente de rugosidade dependente na natureza do material do leito s m Valores do coeficiente n de Manning Material do canal Alvenaria de pedra bruta Alvenaria de ti
51. concentra o Obtem se atrav s da equa o de chuva do tipo I a t com I em mm hora transformados em m s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 66 1 9 11 3 F rmula de MOCKUS Este m todo permite calcular o caudal m ximo do hidrograma assumindo os mesmos princ pios do HUT do SCS A sua aplica o segue a seguinte formula o Para o tempo de chuva efectiva estabelece se um tempo critico N Sendo T o tempo de concentra o em horas O tempo de dura o da chuva ser I T g t e tI cr Sendo I perdas iniciais obtido por I 5080 a 50 8 em que CN n mero de escoamento ou curva n mero NT intensidade da chuva correspondente ao tempo critico Te e obt m se atrav s da respectiva equa o de chuvas I a T I em mm hora Te em minutos Obtido o tempo t calcula se a respectiva altura P recorrendo equa o de chuvas P a t P em mm Com o valor de P calcula se a chuva efectiva Pe atrav s da f rmula do SCS 2 G Sily 508 0 1 P em mm P em cm P Pe p o CN Finalmente o caudal m ximo calculado pela f rmula 2 08 A P sendo Omax caudal m ximo em m s A rea da bacia em km P chuva efectiva em cm INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 67 Te tempo de concentra o em horas 1 9 11 4 F rmula de
52. do curso de gua Por tal motivo s o efectuadas medidas directas dos caudais em pontos seleccionados e s o desenvolvidos estudos estat sticos dos caudais O estudo estat stico extrapola dados INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA r Nas bacias pequenas ao contr rio das grandes bacias as medidas directas n o t m valor significativo porque a ac o do homem vai alterando as condi es do coberto vegetal e at de geomorfologia e modificando as condi es de escoamento Duas bacias do mesmo tamanho podem apresentar comportamentos diferentes sob o ponto de vista hidrol gico isto pode trazer dissabores para um engenheiro A caracter stica principal de uma bacia pequena que o efeito de escoamento superficial afecta muito mais um caudal m ximo do que o efeito de armazenamento no curso de gua no entanto este efeito de armazenamento muito acentuado nas grandes bacias VEN TE CHOW classifica as bacias hidrogr ficas com a seguinte defini o pequena bacia de drenagem aquela cuja sensibilidade s chuvas de alta intensidade e curta dura o e ao uso da terra n o suprimida pelas caracter sticas do leito do curso de gua VEN TE CHOW admite que uma pequena bacia pode ter a rea de alguns ha at 1000 ha at cerca de 130 km O limite superior do tamanho da bacia pequena depende da condi o em que a referida sensibilidade se torna
53. e rocha e O bet o dever ser uniforme em todos os pontos da estrutura devendo as suas propriedades ser acompanhadas atrav s de controlos de qualidade f Devem ser levados em conta os efeitos provocados por sismos se se tratar de uma regi o sujeita a tremores de terra g A an lise da estabilidade deve provar poss veis assentamentos diferenciais For as que actuam numa barragem gravidade Uma pequena barragem por gravidade est sujeita aos seguintes esfor os a Press o da gua ou impulso I b Press o ascensional ou sub press o Pa c Peso da barragem W Uma barragem resiste a todas as for as atrav s do seu peso da o nome gravidade Em consequ ncia a barragem deve se maci o com o material construtivo apresentado densidade elevada Em pequenas obras a an lise estrutural bidimensional fazendo se as considera es sobre uma largura unit ria Press o da gua ou impulso I A press o da gua actua a 1 3 da altura de gua h n vel m xima cheia NMC e tem o seguinte valor Yach 2 r sendo I impulso Ya peso vol mico da gua h altura da gua Peso da barragem W tem o seguinte valor INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII s W y A sendo W peso da barragem Yb peso vol mico do bet o A rea da sec o transversal da barragem O peso W actua no centro de gravidade da sec o transversal Pr
54. em m s e D em mm 9 17 2 Sec o trapezoidal Figura 9 17 2 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 29 Rela es geom tricas A y b m y rea P b 2 y vm 1 per metro molhado B b 2 m y largura da boca m tan Entre as sec es trapezoidais com m constante existe uma de maior efici ncia Sendo A e m constantes e b e y vari veis temos P my 2 yml Derivando esta express o em rela o a y e igualando a zero vem A y om 1 m que d a rea de maior efici ncia para as condi es admitidas e substituindo o valor de A y b m y vem b 2 y Wmi m que permite dimensionar as sec es trapezoidais de m xima efici ncia em fun o da largura do fundo b da profundidade y e da inclina o dos taludes m De modo semelhante se obt m os valores do per metro molhado Pm e do raio hidr ulico Rh de m ximo rendimento P 2 y 2 mn 1 m Se eliminarmos y entre as express es do Pm e de A obtemos a express o que nos d o per metro molhado de m xima efici ncia em fun o de A e de m P 4 Am 1 m Derivando em ordem a m e igualando a zero m sl INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 30 mas m tan a e portanto a sec o de m xima efici ncia aquela em que o 30 ou seja um semi hex gono Fi
55. em servi os de terraplanagem ou enrocamento A primeira aplica o de BCR foi entre 1958 e 1964 na barragem de Alpe Yer It lia altura 178m e volume de 1 716 000m onde o bet o foi lan ado em camadas horizontais em lugar dos blocos tradicionais uma t cnica mais de acordo com a das barragens de terra porque o bet o foi transportado por cami es e espalhado com tractor De ent o para c a t cnica foi evoluindo e constru ram se dezenas de barragens em todo o mundo A partir da d cada de 80 o emprego de BCR passou a ser usual obrigando revis o de projectos previstos para bet o convencional e at para terra O BCR apresenta as seguintes vantagens em rela o s barragens de bet o convencional a Redu o do consumo de cimento b Redu o do uso de formas c Simplifica o e redu o nas infra estruturas de apoio n o se notando diferen a na qualidade do produto final d Redu o do custo e do tempo de constru o e Uso de equipamentos de grande produ o semelhantes aos que se empregam nas barragens de terra e enrocamento No que se refere s barragens de terra apresenta as seguintes vantagens a Economia substancial no descarregado pois fica inserido no da barragem Na barragem de terra h necessidade de se rasgar umas das ombreiras a fim de nela se implantar o descarregador solu o nem sempre f cil especialmente se as ombreiras forem muito ngremes o que sempre sucede e
56. escoa um Joule por segundo As pessoas t m pot ncia de dezenas de Watts os animais de trac o de algumas centenas de Watts Caudal de um rio gt Volume de gua que escoa por segundo Pot ncia de um sistema gt Energia que se escoa por segundo 6 9 1 Pot ncia de uma central Pot ncia instalada de uma central a pot ncia m xima que pode ser produzida pelos geradores com carga normal e caudal m ximo A unidade de pot ncia em energia el ctrica o quilowatt que equivale a 1 34HP A unidade de energia el ctrica o quilowatt hora defindo com 1 kW de pot ncia fornecido durante uma hora Tamb m se usa expressar a energia el ctrica em kW dia ou kW ano INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 11 Pot ncia firme a pot ncia que uma central tem probabilidade de fornecer durante 100 do tempo Para uma central h drica corresponde pot ncia produzida quando a disponibilidade de gua incluindo acumula o m nima Pot ncia extra ou secund ria toda a pot ncia dispon vel al m da firme Costuma ser vendida a taxas mais baixas 6 10 Equipamentos el ctricos O eixo da turbina sujeito a rota es ligado ao eixo de um gerador que vai produzir a energia el ctrica Um gerador composto por dois elementos Um campo magn tico formado por um conjunto de electro mans com polaridade alternadamente oposta e por um
57. existentes A rea obtida atrav s das cartas mapas ou plantas topogr ficas Nesta f rmula o valor de C igual para todas as intensidades e dura es da chuva o que n o real uma vez que C cresce com a dura o das chuvas Tamb m ignora os efeitos do armazenamento na bacia Esta f rmula ainda utilizada devendo s lo apenas para pequenas bacias a lt 25 Km 1 9 11 2 F rmula de MARTINO O escoamento de superf cie em reas urbanizadas est sujeito a modifica es da topografia originadas por interven es antr picas Um dos primeiros m todos e ainda hoje o mais utilizado para o dimensionamento de colectores pluviais o m todo racional cuja exactid o depende do valor que se estabelece para o factor C coeficiente de escoamento obtido em tabelas O valor arbitrado depende da maior ou menor experi ncia do projectista O m todo racional sofre restri es quando se trata de rea urbanizadas de relevo plano ou levemente ondulado inclina o das vertentes inferior a 5 propicio a intercep es e armazenamentos dentro da bacia A f rmula de Martino baseia se no m todo racional mas leva em conta esse armazenamento na bacia Q y C I A sendo Q caudal m ximo m3 s y coeficiente de atraso ou de armazenamento adimensional menor do que 1 obtido em tabelas C coeficiente de escoamento adimensional menor do que 1 obtido em tabelas I intensidade da chuva com tempo igual ao do tempo de
58. funcionar com v rias profundidades H necessidade de se introduzirem novos par metros para melhor se fazer o seu estudo A rea til do escoamento a sec o molhada numa sec o transversal O per metro molhado a linha que limita a sec o molhada junto s paredes e no fundo n o abrangendo a SL rea SL X K MN A X A LA S Perimetro molhado Figura 9 2 1 9 3 Tipos de escoamento Em condutos livres o escoamento pode ser classificado em diversos tipos e de v rias maneiras S o os seguintes Permanente Q constante Uniforme Velocidade m dia constante Profundidade constante Variado Gradualmente ou Bruscamente Sec o e velocidade m dia vari veis com o espa o N o permanente Q vari vel Sec o e velocidade media vari veis no espa o e no tempo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 4 9 4 Traject ria das part culas Linhas de corrente Paralelo ou n o paralelo O estudo do movimento permanente nos condutos livres feito atrav s da equa o da continuidade e da equa o da quantidade de movimento e de uma f rmula que calcula a resist ncia que as paredes oferecem ao fluxo em escoamento 9 5 Geometria da sec o transversal Os par metros geom tricos da sec o transversal t m grande import ncia e s o largamente usados nos c lculos dos canais Quando as sec es t m forma geom trica defini
59. gradiente hidr ulico i m m A perda de carga entre duas sec es 1 e 2 dada por Tou 4H Energia especifica a quantidade de energia por unidade de peso do liquido medida a partir do canal representada por 2 2 g 9 9 Factor cin tico e numero de Froude Se multiplicarmos e dividirmos a carga cin tica por y vem U 2 E y Ym 2 8Ym INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 8 2 o factor cin tico do escoamento e a sua raiz quadrada o A express o 8 Ym Numero de Froude U A 8 y Ym F U sendo F numero de Froude adimensional U velocidade m dia m s g acelera o da gravidade m s Ym profundidade m dia m A Ym B A energia especifica vem sob a forma AE ERLE 2 o numero de Froude F muito importante no estudo de canais pois permite definir regimes de escoamento dinamicamente semelhantes 9 10 Regimes de escoamento Na sec o A de um canal a velocidade m dia em regime permanente 2 Po 2 2 ou 2 2 g A Se o caudal for constante e A f y a energia especifica depende somente de y Q kiget ugao INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 9 Para um caudal constante pode se estudar a varia o da energia especifica em fun o da profundidade y Ay E1 E1 E2 P1 q
60. lha ser muito grande A barragem de BCR ficou in extremis implantada totalmente em rocha s quartzito INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 12 Barragem em arco Podem ser curvas s em planta ou planta e perfil duplo arco S o inseridas em vales estreitos ou gargantas canyons e as funda es e ombreiras ter o que ser de rocha s lida e muito compacta Parte do impulso transmitido para as ombreiras devido ac o do arco da sec o O consumo de bet o muito menor do que nas tipo gravidade de igual altura e consequentemente o custo menor Contudo exige pessoal altamente especializado em raz o de rigor no projecto e no controlo da obra o que lhe reduz a vantagem adquirida no volume de bet o Este tipo de barragens n o utiliza a soleira normal para descarregador em raz o da sua pouca espessura Em seu lugar utilizado a t lipa de constru o cara funcionamento hidr ulico deficiente e limitada para vaz es pequenas Tamb m s o utilizadas como descarregadores orif cios abertos na barragem normalmente comandados por comportas As for as que actuam numa barragem em arco s o Impulso horizontal Devido gua cuja direc o normal sec o do arco ao longo do raio P yh Altura das ondas Apesar de ser pequeno o impulso das ondas a altura das ondas tomada em considera o para estabelecimento da folga uma
61. m P Z yY Q m Mm P Q m Mo Se for n o rendimento total P P JFE 0 H n YO Ha x O Hr y o 0 H mM mM yi O Q _Q 0 n Mm n h Q 0 associa o em paralelo M Q Q 5 19 2 Bombas em s rie O caudal o mesmo para cada uma das bombas mas as alturas manom tricas s o diferentes Por semelhan a h n H H n mH mH associa o em s rie 5 20 BOOSTERS BOOSTER uma bomba que quando colocada numa tubagem aumenta a press o V A V R E E TY A INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 29 V A V lvula de adufa V R V lvula de reten o V B V lvula de borboleta Um BOOSTER fica intercalado numa adutora mantendo constante o caudal e compensando as perdas de carga instalado geralmente em bypasse isto em paralelo Na adutora deve ser colocada uma v lvula de reten o e uma v lvula de adufa N A Gradiente Hidr ulico H NA Bomba D nd V V R Sem o BOOSTER o caudal na tubagem depende exclusivamente da altura geom trica ou seja do desn vel topogr fico Ao operar o BOOSTER gera uma energia H que origina um degrau no gradiente hidr ulico dando lhe mais cota com a v lvula V totalmente fechada o caudal passa todo atra
62. medida das velocidades a 0 2 e a 0 8 da profundidade b Velocidade m dia igual velocidade medida a 0 6 da profundidade a partir da superf cie 1 9 1 Curva Chave ou Curva de Vaz o Para se obter a curva chave tem que se relacionar a altura de gua do rio com o caudal Para isso escolhe se uma sec o de controlo favor vel isto num tro o do rio que seja rectil neo e de f cil acesso Faz se um perfil topogr fico e batim trico rigoroso Depois medem se utilizando molinete os caudais para v rias alturas de gua do rio Com o perfil da sec o e as v rias velocidades relacionadas com a altura pode se elaborar a curva chave e a respectiva f rmula atrav s de regress es lineares Para observa es posteriores colocam se r guas centim tricas r guas hidrom tricas que em qualquer altura nos d o facilmente os caudais Devido inconst ncia dos rios as sec es ter o que ser aferidas periodicamente ou quando se notar qualquer anomalia A curva chave apresenta uma equa o do tipo Q a h mas como o zero da r gua n o fica exactamente no ponto mais baixo da sec o o mais vulgar as equa es apresentarem a seguinte configura o Q a hth Sendo as constantes a e n achadas pelo m todo dos m nimos quadrados ho a altura acima do leito do rio Exemplo de uma curva chave Q 0 536 h 1736 2 com Q em m s h em m INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICU
63. na constru o Assim que as barragens podem ser r gidas bet o alvenaria de pedra madeira ou a o ou n o r gidas terra enrocamento gabi o Barragens r gidas S o feitas de bet o ou de alvenaria de pedra e podem ser de gravidade peso arco ou ab bada contrafortes ou gravidade aligeirada Por serem de dimens es reduzidas abordarem mais tarde as barragens de madeira e de a o Barragens do tipo gravidade a mais r gida e requer uma cuidadosa manuten o aconselh vel em s tios com boa rocha compacta nas funda es O pr prio peso que faz a sua estabilidade Tem o seguinte aspecto 8 4 1 Barragem gravidade Pode ser de alvenaria de pedra bet o convencional ou bet o compactado a rolo Para qualquer dos materiais o processo de dimensionamento o mesmo O projecto de uma barragem gravidade obedece aos seguintes requisitos a A funda o e as ombreiras do sitio devem ser suficientemente compactas para suportar o peso da barragem b A funda o deve ser homog nea e uniformemente el stica em todas as direc es de modo que as suas propriedades possam ser interpretadas segundo a teoria da elasticidade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 7 c A base da barragem deve ser bem assente na funda o e nas ombreiras d Devem ser tomados cuidados especiais a fim de que assegurada uma perfeita uni o entre bet o
64. na rocha que n o drenada por gravidade e calculada por _ 100 V RE r C sendo C reten o especifica V volume ocupado pela rocha V volume saturado total da rocha Porosidade especifica a gua que pode ser drenada e pode ser dada pela seguinte rela o p 100 V i V sendo P porosidade especifica V volume de gua drenada V volume total da rocha saturada A porosidade especifica tamb m conhecida por caudal especifico A capacidade de campo inclui a reserva permanente e a humidade dispon vel A reserva permanente que corresponde gua que n o pode ser removida do solo por capilaridade gravidade ou osmose medida pelo teor de humidade no ponto de emurchecimento ou ponto de murchamento INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 9 A ordem de grandeza dessas vari veis expressa em mm de gua por metro de profundidade Solo Capacidade de Ponto de campo emurchecimento 1 Solo argiloso arenoso Solo argilo siltoso 2 325 Quadro 2 2 5 1 Valores dos teores de gua no solo para a capacidade de campo e o ponto de emurchecimento gua no solo Zona de gua gravitacional gua suspensa aera o ou vadosa gua capilar Zona de satura o Agua subterr nea Leito imperme vel 2 2 5 1 Modos de ocorr ncia da gua no solo 2 2 6 Lei de Darcy Um meio poroso homog
65. o primeiro reservat rio Esta gua bombada ser posteriormente turbinada nas horas de ponta INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VLIO 6 8 4 Central com revers o Numa central com revers o durante as horas mortas a gua bombada para o reservat rio atrav s de um grupo de turbinas que se transformam em bombas 6 9 Energia e Pot ncia Conceitos Suponhamos que se pretende levar at ao 3 andar de um pr dio 10m de altura uma quantidade de batatas correspondente a 100kg Para se conseguir isto preciso gastar energia 20 000 J e pode ser feito por um atleta 2 trajectos ou por uma crian a 20 trajectos O trabalho invari vel o que muda o tempo gasto para fazer esse trabalho Quanto mais curto for o tempo gasto mais potente o trabalhador A energia a gastar caracteriza a tarefa a realizar A pot ncia caracteriza aquele que realiza a tarefa ou seja o que fornece a energia correspondente A energia fornecida por um trabalhador ou uma m quina n o se obt m do nada mas somente atrav s da transforma o A pessoa que transporta as batatas fornece efectivamente os 20 000 Joules necess rios mas f lo gra as energia bioqu mica conseguida atrav s dos alimentos que ingere periodicamente A pot ncia o gasto de energia ou seja a energia na unidade de tempo A unidade de pot ncia o Watt ou pot ncia de um sistema no qual se
66. o do paramento de montante carga total sobre a soleira 2 H y De profundidade p a montante da soleira profundidade d a jusante da soleira 9 29 Ressalto hidr ulico Quando o escoamento passa bruscamente do regime supercritico para o regime subcritico h uma acentuada eleva o da superf cie liquida e tem lugar o ressalto hidr ulico De acordo com o numero de Froude existem cinco formas de ressalto hidr ulico referentes ao regime supercritico existente na corrente de chegada l R Figura 9 29 1 Fr 1 2a 1 7 movimento onduloso falso ressalto hidr ulico INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 47 Ra Figura 9 29 2 Fr 1 7 a 2 5 pr ressalto a Foa S J A EE T E E qua Figura 9 29 3 Fr 2 5a4 5 ressalto oscilante fraco le GT o m m Figura 9 29 4 Fr 4 5a10 ressalto verdadeiro estacion rio R ES ne Figura 9 29 5 Fr gt 10 grande turbul ncia forte INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 48 9 30 Alturas conjugadas do ressalto fas Figura 9 30 1 A aplica o da formula de energia especifica 2 8 A y em modelos reduzidos levou obten o de uma formula que relaciona as alturas no ressalto hidr ulico a montante y e a jusante y
67. o tempo e o respons vel pela alimenta o do curso de gua durante a estiagem formando o chamado escoamento de base este escoamento que torna os rios perenes O escoamento superficial cresce com o tempo atinge um valor m ximo e decresce at se anular acompanhando a marcha da chuva 1 8 1 Grandezas Caracter sticas Bacia Hidrogr fica A rea geogr fica colectora da gua da chuva que escoando pela superf cie do solo atinge a sec o considerada Exprime se em Km ou em ha Caudal Q volume de gua escoada na unidade de tempo numa determinada sec o do rio Existem os caudais normais e os caudais de cheia Exprimem se em m s ou Is Caudal Espec fico ou Contribui o Unit ria q rela o entre o caudal de uma dada sec o e a respectiva rea da bacia hidrogr fica g O A m s km ou ls ha Frequ ncia F n mero de ocorr ncias de um certo caudal em dado intervalo de tempo Tempo de Recorr ncia ou Per odo de Retorno T tempo m dio em que um determinado valor igualado ou superado pelo menos uma vez Tempo de Concentra o T tempo gasto pela gua desde o in cio da bacia hidrogr fica at sec o em estudo ou seja o tempo relativo ao escoamento de um ponto cinematicamnte mais afastado Exprime se em horas dias ou minutos Coeficiente de Escoamento ou Defl vio Superficial RUN OFF rela o entre o volume total escoado pela sec o de controlo
68. operando com o seu ponto de trabalho emP A pot ncia absorvida e o N P S H s o maiores em P motivo porque ao projectar se uma linha em paralelo deve se estudar os valores para o ponto P Quando as bombas t m caracter sticas diferentes podem tamb m operar em paralelo mas apresentam problemas mais s rios do que no caso de bombas iguais 5 18 Bombas em s rie O arranjo t pico de associa o de bombas em s rie o seguinte INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 27 Quando duas ou mais bombas operam em s rie o caudal o mesmo para todas elas mas as alturas manom tricas somam se como se v nos diagramas a seguir 1 2 1 2 Qa Q Duas bombas iguais Duas bombas diferentes Na associa o em s rie com duas bombas iguais para uma altura manom trica H corresponde um caudal Q e com outra bomba igual disp e se do mesmo caudal para uma H 2H No caso de duas bombas diferentes a altura manom trica total para o mesmo caudal H H H2 5 19 Associa o de bombas rendimentos 5 19 1 Bombas em paralelo As bombas elevam a gua atrav s da mesma tubagem sendo o caudal final a soma dos caudais de cada bomba Para uma altura manom trica H e duas bombas ser INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 28 Bomba 1 gt 0 P N Bomba 2 gt 0 P2
69. ou diminui es das declividades mudan a da sec o e da rugosidade do leito A profundidade critica yo i lt ic Figura 9 12 1 Mudan a de declividade neste caso de regime subcritico para supercritico INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 14 Figura 9 12 2 Entrada em canal subcritico para supercri tico As sec es onde se verificam mudan as de regime denominam se sec es de controlo porque definem a profundidade do escoamento a montante Quando se conhecem as dimens es da sec o de controlo pode se medir o caudal atrav s da equa o Q A g B As vezes a mudan a de supercritico para subcritico n o se d de forma gradual H ocasi es em que a mudan a ocorre bruscamente e com grande turbul ncia formando o ressalto hidr ulico Figura 9 12 3 Na figura acima onde a declividade diminui bruscamente h uma eleva o brusca da l mina liquida sendo dif cil a posi o da profundidade critica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 15 y2 Yc Figura 9 12 4 Quando um canal de pequena declividade recebe gua de uma comporta de fundo h a forma o de ressalto hidr ulico sendo a velocidade de sa da maior do que a velocidade critica 9 13 Movimento uniforme Um movimento uniforme em canais
70. ou reten o espec fica nr a rela o entre o volume de vazios vr do solo ocupados pela gua que fica retida contra a ac o da gravidade e o volume total v do solo Ponto ou coeficiente de emurchecimento no o teor de gua num solo abaixo do qual as plantas n o podem tirar mais gua devido a isso n o recuperam mais turgec ncia relativa vida das plantas verde em vida 1 6 Evapora o A evapora o a passagem da gua do estado l quido para o estado gasoso Transpira o a evapora o atrav s das plantas A gua absorvida pelas plantas por elas eliminada nos diferentes processos biol gicos A transpira o n o inclui a evapora o do solo Evapotranspira o o fen meno que engloba a transpira o das plantas e a evapora o do meio adjacente gua de rios terrenos lagos etc A evapora o tanto maior quanto menor for a altura de gua e tem lugar quando mol culas do l quido aquecidas atingem energia cin tica suficiente para vencer a tens o superficial e sa rem do l quido A energia fornecida pelo sol atrav s da radia o solar pelo calor existente na atmosfera ou pela presen a fortuita de gua aquecida provinda de esgotos industriais de centrais el ctricas etc INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 33 A evapora o depende da latitude esta o do ano hora do dia nebulosidade tempera
71. para H 10m gt U 5 60m s U x Os valores espec ficos s o fixados pelos constritores para cada tipo 2xgxH de turbina Os valores de p variam de 0 40 turbinas de eixo horizontal a 0 80 turbinas de eixo vertical 6 5 1 Tipos de tubos de aspira o Nas primeiras turbinas quando n o se conhecia a sua import ncia o tubo de aspira o era um simples cilindro Ao verificar se a import ncia da recupera o da energia cin tica tomou a forma c nica mas procurando se maneira de que a transi o n o fosse muito brusca para evitar o perigo de que a gua descolasse das paredes produzindo remoinhos marginais Por esta raz o o ngulo das paredes do tubo de aspira o com o eixo longitudinal n o ultrapassa os 6 Ao aumentar se o raio linearmente com o comprimento as velocidades diminuem com o quadrado da dist ncia ao rotor produzindo se a maior parte da recupera o da energia na zona superior do tubo de aspira o Mas esta mudan a acentuada de energia pode produzir cavita o e por isso deu se ao tubo de aspira o uma forma buzin ide de modo que a varia o de velocidade n o se d bruscamente 6 6 Campos de aplica o das turbinas 6 6 1 Velocidade espec fica De acordo com a velocidade espec fica as turbinas situam se entre as seguintes faixas para uma primeira aproxima o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICAD
72. pela f rmula R P D pode deduzir se que R A P INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 48 1 9 4 2 F rmula de Turc Esta f rmula foi obtida ap s o estudo em mais de duas centenas de bacias espalhadas por todo o mundo tal que sendo D d ficit de escoamento m dio anual em mm P altura pluviom trica m dia anual em mm L par metro definido por L 300 25 T 0 05 T T temperatura m dia anual em graus Celcius Como D f P T o d ficit n o pode ser superior a P a tangente de todas as curvas t m declividade igual unidade D n o pode ser superior a um certo valor m ximo fun o do poder evaporante da atmosfera e por isso as curvas apresentam o trecho final tendendo assintoticamente para rectas horizontais Obtendo se D f cil achar a precipita o efectiva R R P D Em que R em mm P em mm D em mm 1 9 4 3 F rmulas regionais E muito raro dispor se de dados de campo caudais e chuvas relativos aos cursos de gua em especial de pequenas bacias hidrogr ficas Para se determinarem os caudais tem que se recorrer a m todos indirectos fundamentados em dados fisiogr ficos e hidrol gicos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 49 A partir de dados obtidos por medi es em esta es devidamente escolhidas consegue se obter modelos de regress o Precip
73. praticamente perdida devido ao comportamento hidrodin mico do rio 1 3 3 Forma da Bacia A rea de uma bacia o principal elemento a ter em conta em estudos e medida em projec o horizontal Para isso utilizam se mapas com escalas pequenas 1 10 000 1 25 000 1 50 000 1 100 000 2 A rea expressa em km Em pequenas bacias com rea inferior a 1 km costuma exprimir se em hectares Em geral as bacias hidrogr ficas dos grandes rios apresentam a forma de leque ou p ras As pequenas bacias podem apresentar v rios formatos que dependem da estrutura geol gica do terreno Existem v rios ndices de efeitos te ricos para determinar a forma da bacia e relacion la com o seu funcionamento INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA r9 1 3 3 1 Coeficiente de Compacidade ou ndice de Gravelius Kc a rela o entre o per metro P da bacia e a circunfer ncia de um circulo com rea igual da bacia 4 de raio r A r r E r T ou seja Ea JA em que as vari veis assumem o seguinte significado K 0 28 P per metro km A rea km K coeficiente de compacidade adimensional Se a rea circular K 1 0 Uma bacia com configura o circular tem tend ncia para enchentes acentuadas Uma bacia com ndice de capacidade igual unidade tem tend ncia para apresentar caudais elevados 1 3 3 2 Factor de Forma Kf
74. que ser preferencial na elabora o de projectos 3 2 2 2 Situa o A tubagem acompanha a LCE PCA Pi Ro peste Sai x T SL mM DES PCE Figura 3 2 2 2 Em qualquer ponto P ZOA gua n o sobe nos piez metros instalados em Y qualquer ponto da conduta O funcionamento o de conduto livre Na geratriz superior do tubo a press o a atmosf rica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 5 3 2 3 32 Situa o Um tro o acima da LCE L3 P Figura 3 2 3 1 O tro o ABC est acima da LCE mas abaixo da LCA Neste tro o P lt 0 Ou y seja inferior Pat press o atmosf rica A depress o em ABC origina o desprendimento do ar em dissolu o na gua e a forma o de vapor A mistura do vapor com o ar vai acumular se no ponto mais alto B formando uma bolsa de ar e vapor A bolsa gasosa tende a crescer at que a press o no tubo seja igual Pat medida que ela cresce o caudal vai diminuindo at se estabelecer um equil brio A partir deste equil brio o tro o OAB de comprimento L funcionar cheio com o caudal Q e perda de carga J ji L sendo MB a linha de carga correspondente A partir de B a gua circular Pat no tro o de comprimento Lz n o enchendo a tubagem at C que se obt m tra ando C N paralelo a MB No tro o C P de comp
75. rea Departamental de Engenharia Civil N cleo de Hidr ulica e Ambiente DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA NUCLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV 4 Sistemas elevat rios 4 1 Partes componentes Um conjunto destinado a elevar gua denomina se sistema elevat rio e comp e se dos seguintes elementos Tubagens de aspira o ou de suc o Conjunto moto bomba Tubagem de compress o ou de eleva o A aspira o e a compress o funcionam em escoamento permanente e uniforme e s o aplic veis as equa es da continuidade e de Bernoulli Na figura a seguir B bomba centrifuga de eixo horizontal M motor el ctrico R po o de aspira o R reservat rio de chegada T tubagem de compress o N tubagem de aspira o H altura geom trica ou est tica dist ncia na vertical entre os dois NA s H h h h altura de compress o dist ncia vertical entre o eixo da bomba e o NA de chegada Pode ser positiva ou negativa h positiva quando o NA estiver abaixo do eixo da bomba e negativa quando estiver acima do eixo da bomba ha altura de aspira o dist ncia vertical entre o eixo da bomba e o NA da po o de aspira o Pode ser positiva po o de suc o abaixo da bomba ou negativa po o de suc o acima da bomba afogada ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA NUCLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV 2 Sa perdas de carga na tubagem de compr
76. recorrer se f rmula de Colebrook White fU D 2 8 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 20 Substituindo D pelo di metro hidr ulico D 4 R Com as f rmulas n o se consegue achar directamente a profundidade uniforme ou normal y 3 16 Capacidade de transporte Para o calculo de yn usam se processos iterativos ou utilizam se tabelas ou bacos que exprimam em fun o da altura y as grandezas chamadas por capacidade de transporte Estas grandezas s o obtidas atrav s de formulas de Chezy Q C A Ri ou de Manning p R A n A profundidade normal o valor de y que satisfaz a igualdade A R Q n Mi sendo A rea da sec o transversal do canal m2 R raio hidr ulico R m n coeficiente de Manning adimensional Q caudal m s i inclina o do fundo i tan 0 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA yA Yn HlO Figura 9 16 1 Curva de capacidade de transporte para canais rectangulares ou trapezoidais INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE AR 0666 IX 21 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 22 CONOUTOS CIRCULARES PARCIALMENTE CHEIOS Tabala para calculo do escoamento a diferentes alturas da lamina liquida D diametra Y altura da lamina liquida tip velocida
77. rotor ou sistemas de condutores el ctricos onde induzida uma corrente el ctrica quando se gira o rotor Quando um condutor el ctrico passa por dois p los adjacentes de polaridade oposta ocorre uma completa invers o na for a electromotriz fen meno conhecido por ciclo O n mero de ciclos por segundo Hertz a frequ ncia Na U E o n mero de ciclos por segundo 50 e nos E U A e Brasil 60 A pot ncia dos geradores de corrente alternada dada em quilovolt amperes KVA e relacionada com uma determinada temperatura que suportada pela seguran a A pot ncia aparente de um gerador difere da sua pot ncia nominal de acordo com a seguinte express o Pot ncia nominal kW Pot ncia aparente KVA x factor de pot ncia O factor de pot ncia nunca pode ser maior do que a unidade e o seu valor depende da rela o entre a indut ncia e a resist ncia em carga Uma carga com pequena indut ncia como a ilumina o tem um factor de pot ncia que se aproxima da unidade O factor de pot ncia da carga dos sistemas usuais varia entre 0 8 e 0 9 As dimens es e o peso dos geradores variam muito em fun o da sua pot ncia em KVA e da sua velocidade de funcionamento INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 12 Os geradores de corrente alternada com pot ncias de 3000 kVA variam de 18t 900 r p m at 55t 100 r p m e t m grande porte 3 00m
78. s o bem definidas Pode se operar com caudais maiores ou menores assim como com alturas manom tricas menores ou maiores mas as bombas operam com rendimentos inferiores 5 14 Envelhecimento da tubagem Com o envelhecimento da tubagem tuberculiza o incrusta o etc as perdas de carga aumentam e consequentemente aumentam as alturas manom tricas As bombas respondem com menores caudais INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 24 Curva caracter stica da tubagem velha Hz Hm Curva caracter stica da tubagem nova Curva caracter stica da Q Q Q bomba Quando a altura manom trica aumentou devido ao envelhecimento da tubagem maior perdas de carga a bomba passou a fornecer caudal Q menor do que o anterior Q 5 15 Varia es dos n veis de aspira o e de compress o A altura geom trica de eleva o altera se com a varia o dos n veis de aspira o e de compress o e com ela desloca se paralelamente a ela mesma a curva do sistema Curva caracter stica m xima Hm Ham o Curva caracter stica Homin m nima Curva caracter stica da Q Q Q bomba Nestes casos calcula se a altura geom trica m nima que se verifica quando as alturas de aspira o ha e de compress o h registam os menores valores e a altura geom trica m xima fornecida p
79. scimo do escoamento de base ap s terem terminado todas as contribui es para o escoamento superficial Tempo de precipita o de uma bacia o intervalo durante o qual ocorre a precipita o efectiva que ocasiona o escoamento directo Tempo de concentra o T o tempo necess rio para que haja contribui o de toda a bacia para o escoamento directo ou superficial numa dada sec o No hidrograma o tempo correspondente ao intervalo entre o fim da chuva e o ponto de inflex o na curva de recess o Existem v rias f rmulas para achar o tempo de concentra o Adoptaremos a f rmula de Kirpich 2 0 385 T 0 39 amp S sendo Tc tempo de Concentra o L estir o do rio em km declividade Equivalente Constante do rio em Pode tamb m utilizar se sem perda de rigor a declividade m dia do rio INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 53 O maior caudal obtido com uma chuvada cr tica e a sua dura o maior ou igual ao tempo de concentra o quando se est trabalhando com pequenas bacias Em grandes bacias n o h possibilidade de ocorrerem chuvas uniformes com dura o igual a Tc O tempo de esvaziamento T corresponde passagem na sec o de controlo do volume de gua que ficou armazenada na bacia durante a precipita o O tempo base T diz respeito passagem do escoamento referente cheia na sec o T D T T
80. ter se E P R ou seja o d ficit do escoamento m dio para um per odo de longa dura o iguala se evapotranspira o da bacia Na pr tica verifica se que o valor m dio do d ficit de escoamento referente a um longo per odo um ou mais anos varia muito pouco mas grandes bacias hidrogr ficas Com o conhecimento da precipita o anual m dia torna se poss vel calcular INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 47 aproximadamente o volume anual m dio que aflui a uma determinada sec o de uma bacia hidrogr fica grande Sendo R P D o volume V anual ser V A R Sendo A a rea da bacia hidrogr fica e R a precipita o til efectiva ou rendimento h drico Esta const ncia relativa do d ficit de escoamento s verificada para valores m dios e longos per odos 1 9 4 F rmulas Emp ricas para o C lculo do D ficit de Escoamento 1 9 4 1 F rmula de Coutagne A f rmula de Coutagne baseia se no balan o hidrol gico de numerosas bacias e D P A P D d ficit de escoamento m dio anual em m P altura pluviom trica m dia anual em m T temperatura m dia anual em graus Celcius o par metro f T calcula se atrav s da f rmula seguinte E 1 0 8 0 14 xT Ai 1 1 mas s entre os limites T lt P lt 2 A Para P lt D P e n o h escoamento Para P gt a D praticamente independente de Pe D Es 2 4
81. tubagem A maioria dos problemas de bombagem resolvida com o aux lio das curvas caracter sticas das tubagens As curvas caracter sticas s o obtidas recorrendo equa o da altura manom trica onde para diversos valores de caudal se calculam as respectivas perdas de carga Considerando a seguinte f rmula H H Ah em que a Hn a altura manom trica H a altura geom trica e 4h o somat rio de todas as perdas de carga podemos escrever H H P m n em que f a forma gen rica da perda de carga da tubagem e se forem m conhecidos o di metro e o comprimento virtual temos Es n H mo H g rx Q adoptando a f rmula de DARCY WEISBACH com ses i m g D r Se empregarmos a f rmula de Hazen Williams r 0 27853 ye CS p EA ser 1 85 Ha H r Q 5 8 1 Tra ado das curvas Por meio de f rmulas o 2 H H r Q INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 17 ou H H r Q Podem se tra ar as curvas caracter sticas de cada tubagem colocando os caudais em abcissas e as alturas manom tricas em ordenadas O valor de r cresce com o comprimento da tubula o e decresce quando o di metro aumenta A inclina o da curva num ponto qualquer depende do valor de r Quando a H nula a curva do sistema passa pela origem dos eixos R 5 8 2 Tubagem em s rie D ka L h
82. usado 100 200 Bet o pr esfor ado 200 400 400 600 A o revestido Novo ou Bet o pr esfor ado PVC Novo ou At 50 Polietileno usado 50 100 100 300 Quadro A 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO IV SISTEMAS ELEVATORIOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV i INDICE 4 Sistemas elevaL TIOS sssumassaa inerente dadas oras aa E E E EEEa EAEE KEES EEEE ETETEN 1 4 1 Partes Componentes usa ata NS 1 4 2 Pot ncia do sistema elevat rio seeeeeeeesssesseeeeeeerssssseerreessssssserereeessssssseeeeee 3 4 3 Di metro econ mico num conjunto elevat rio sssseseeseesssessseeeseeessssssserrree 4 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV 4 Sistemas elevat rios 4 1 Partes componentes Um conjunto destinado a elevar gua denomina se sistema elevat rio e comp e se dos seguintes elementos Tubagens de aspira o ou de suc o Conjunto moto bomba Tubagem de compress o ou de eleva o A aspira o e a compress o funcionam em escoamento permanente e uniforme e s o aplic veis as equa es da continuidade e de Bernoulli Na figura a seguir B bomba centrifuga de eixo horizontal M motor el ctrico R
83. velocidades que causam a deposi o da descarga solida As vezes as grandes dimens es da sec o originam pequenas velocidade em virtude da grande largura do fundo Neste caso costuma recorrer se ao uso de pequenas caleiras incorporadas no fundo dos canais Figura 9 18 1 Figura 9 18 2 Figura 9 18 3 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 33 Existem tabelas que apresentam os limites aconselh veis para a velocidade m dia dos canais Velocidade m s E E Velocidades m nimas para evitar dep sitos gua com suspens es finas 0 30 m s guas de esgoto 0 60 m s Velocidade pr ticas Canais sem revestimento 0 50 m s Colectores de esgoto 1 00 m s A inclina o dos taludes tamb m uma limita o a ter em conta especialmente em canais trapezoidais A seguinte tabela d nos indica es sobre a inclina o dos taludes INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 34 9 19 Sec es irregulares Quando as sec es transversais s o muito irregulares conseguem se bons resultados quando se divide a sec o em partes cujas profundidades n o sejam muito diferentes Figura 9 19 1 O canal pode ser dividido em duas partes de sec es A e As A linha fict cia ab n o levada em conta na determina o dos respectivos per metros molhados 9 20
84. 0 m 8 2 Planeamento 8 2 1 Objectivos Existem v rios motivos para a constru o de uma barragem a Controlo de cheias devido ocupa o humana e degrada o da bacia s vezes h necessidade de reter temporariamente grandes volumes de gua de modo a evitarem se inunda es ou seja achatar se o hidrograma de cheias b Rejeitos ou minera es Cada vez mais comuns em reas maneiras estas barragens destinam se a conter as guas provenientes das minera es afim de evitar que as subst ncias qu micas invadam os mananciais a jusante c Correc o torrencial Embora de pequeno porte destinam se a mudar o regime do rio diminuindo lhe a velocidade causadora de eros es e sedimenta es nocivas a jusante d Conserva o da gua Destinam se a armazenar as guas pluviais ficando se com uma reserva apta para qualquer per odo de car ncia de gua d 1 Gera o de energia hidroel ctrica d 2 Irriga o d 3 Abastecimento humano e animal d 4 Abastecimento industrial d 5 Piscicultura d 6 Recupera o de terras inundadas d 7 Turismo e lazer d 8 Navega o 8 3 Selec o do s tio da barragem A escolha do s tio da barragem obedece a v rios factores que enumeramos a seguir INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 3 8 3 1 Topografia A topografia pode dizer se a chave qu
85. 0 A dl A 2x Se na f rmula de Manning i e n forem constantes 2 8 q VU R 0 sendo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 27 Uo velocidade com a sec o cheia U velocidade com a sec o parcialmente cheia Qo caudal com a sec o plena Q caudal com a sec o parcialmente cheia 2 m BE A E E E sifo 1 a Sendo y 0 2 arccod 1 2 2 D pode se calcular os valores de A X E Q em fun o de BA ou seja s o A Us Q D estabelecidas rela es em fun o da profundidade y da gua Existem tabelas que nos fornecem os valores correspondentes a E Os computadores atrav s das rela es geom tricas estabelecidas atr s calculam rapidamente todos os elementos necess rios para o c lculo hidr ulico Substituindo na f rmula Q A g B que a equa o caracter stica do regime cr tico em canais Sendo 2 AE 2 0 sin 9 B D sil 5 2 vem O _ g 0 sin o D s12 s 2 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 28 O valor do ngulo 6 correspondente ao regime critico e dado pela express o 0 Zarco 1 2 z D sendo y a profundidade critica Seguindo a metodologia preconizada atr s poss vel organizar uma tabela que nos d as profundidades criticas a partir dos valores conhecidos dos caudais e dos di metros Q
86. 0 90 PARQUES CEMMCNOS ereen ik eoi reiia 0 10 0 25 reas agr colas pastagens sseesseeesssssseeereeeesssssseereee 0 05 0 30 IEOS EEN L KEER EE A E A EA 0 05 0 20 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 51 TIPO DE SOLO VALOR DE C IN I Lo AEA EEEE EAE EATE E 0 70 0 95 Tiol pereina a ER SR 0 70 0 85 Telhados sutis festa aaa aaa aaa O ata An 0 75 0 95 Relvados solos arenosos Terreno plano at 2 de inclina o 0 05 0 10 Terreno ondulado 2 a 7 de inclina o 0 10 0 15 Terreno declivoso superior a 7 de inclina o 0 10 0 20 Relvados solos argilosos Terreno plano at 2 de inclina o 0 13 0 17 Terreno ondulado 2 a 7 de inclina o 0 18 0 22 Terreno declivoso superior a 7 de inclina o 0 25 0 35 1 9 6 Hidrograma ou Hidr grafa A varia o do caudal em rela o ao tempo representa se graficamente atrav s de um hidrograma Um hidrograma pode apresentar caudais de um ano de meses de dias ou at de uma nica chuvada e tem o seguinte aspecto t pico Hietograma Chuva efectiva Chuva P Ponto de inflex o de recess o Curva de ascen o Caudal Q Inicio do hidrograma Fim do hidrograma esvaziamento Escoamento directo Escoamento base Tb Hidrograma em que as vari veis assumem os segu
87. 1 2 0 Escoamentos em meios porosos Vimos no cap tulo 1 0 Hidrologia que a terra disp e de pouca gua doce quando comparada com a gua dos oceanos Os oceanos cont m 97 13 da gua do planeta as massas polares e geleiras 2 24 e as guas subterr neas 0 61 sendo que mais de metade se encontra a mais de 800 m de profundidade inacess veis para os actuais meios de opera o A gua subterr nea ocupa os vazios do solo e subsolo e constitui reservas importantes Ela movimenta se com velocidade muito baixas percola o A quantidade de gua existente num solo ou rocha fun o da constitui o geol gica do mesmo da sua rea de contribui o e da inclina o das camadas Materiais soltos com grande porosidade s o os que armazenam maior quantidade de gua O aproveitamento das guas subterr neas n o tem sido o mais racional devido ao deficiente conhecimento dos aqu feros falta de estudos e a t cnicas pouco adequadas O abastecimento p blico atrav s da capta o de guas subterr neas tem sido utilizado em v rios pa ses de acordo com as percentagens Alemanha Ocidental 75 Inglaterra 50 Estados Unidos 20 Embora varie de pa s para pa s consoante a maior ou menor disponibilidade h drica pode considerar se como bom um po o que produza 50 m hora e muito bom um que forne a 100 m hora Um po o que produz mais de 100 m hora 28 Vs considerado de alto caudal 2 1 Conceitos b sicos
88. 2 fra es SO U y Y y 2 8 onde no primeiro membro est o as grandezas que dependem das condi es locais de instala es o N P S H dispon vel No segundo membro est o as condi es da bomba o N P S H requerido O N P S H a a carga residual dispon vel O N P S H a carga exigida pela bomba P P ra es gt J N P S H a gt N P S H Y Y Quando a altura de aspira o positiva e o N A est sob a press o atmosf rica o N P S H dado pela seguinte express o N P S H har ha hy Ja sendo Pa press o atmosf rica local em m a altura de aspira o em m P press o do vapor circulante temperatura do fluido em m Ja Perdas de carga na aspira o em m O N P S H dado pelos fabricantes Se a bomba estiver afogada com o N A sujeito Pa vem N P S H a haha hy Ja Todas as grandezas s o expressas em alturas de coluna de l quido bombeado INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 15 CC m c a tim 60 203 0983 o so 48 0972 9 f zs 095 Quadro 5 7 1 1 Tens o de vapor e massa vol mica da gua m m c a 0 103 300 Eo 959 9 o Quadro 5 7 1 2 Press o atmosf rica em fun o da altitude t 4 C INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 16 5 8 Curvas caracter sticas da
89. 5 3 Altura manom trica rr eeeeeraereraaeanceeaeeaneaneaeaaaneeeranas 4 5 4 Pot ncia dos conjuntos de compress o eleva o ii 5 5 9 Di mettos ECON MICOS ser srusts tenis astra sis ade BSS ONU Toa Desa Ea Sar da sandro Spa lp o Busta 7 50 Tipos de bomba Sw air senpas asas dsoas E ado Se SAS E Das SET e TE Te nesa Sides 10 5 6 1 Bombas volum tricas e eeereeceraaencanerraraanaeeaaa 10 5 6 2 Turbobombas ou hidrodin micas erra 10 3 6 3 Velocidade espec fica as era str tiras penses pese on tosa e pan ua aaa api D 1 5 6 4 Tipos de propulsores c cc rreereeereeerereren crer aanaaaaeea 11 5 6 5 Bombas de est gios simples ou de est gios m ltiplos 11 5 6 6 Bombas afogadas e rreeereraeaee res eaneaeeeraneanearaana 1 5 6 7 Bombas submersas e n o submersas rea 12 5 6 8 Conjunto de ar comprimido ou air lift essere 12 5 7 Cavita o N P S H Net Positive Suction Head 12 STel Ocorr ncia da cavita o seeseiiteisenisadededecsleteri missas tea inia a dade besta opala sad 12 5 8 Curvas caracter sticas da tubagem rear 16 516 Tra ado dasS CUrVAS sat onan Lopes sSet asa e aa LA Aa e at E ETa casa 16 5 8 2 Tubagem em s rie on a ress iiitide re rarer ni 17 5 8 3 Tubagem em paralelo eerreereeereaeraneeeaaa 18 5 8 4 Reserv
90. 5 mm h que escoa superficia infiltra o de 30 mm h 15 mm h A gua que penetra no solo armazenada e pode ou n o movimentar se atrav s de percola o ou drenagem A capacidade de infiltra o designa se por f e exprime se em mm h 1 5 1 Medidas e Infiltra o O aparelho para medir a infiltra o chama se infiltr metro e consiste basicamente de dois cilindros conc ntricos e um dispositivo de medir volumes acoplado ao cilindro interno A gua colocada simultaneamente nos dois filtros por aspers o medindo se apenas a quantidade colocada no cilindro interno Normalmente as medidas de capacidade de infiltra o feitas com infiltr metros s o apresentadas em tabelas e gr ficos como os demonstrados a seguir INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Volume lido Varia o do Altura da volume l mina e j A rea do cilindro interno At varia o do tempo em horas geralmente obt m se uma curva do tipo f mm h a t horas Capacidade de infiltra o mm h Na pr tica a capacidade de infiltra o engloba a intercep o e o armazenamento nas depress es mas isso n o afecta a solu o do problema de um projecto uma vez que a meta o conhecimento do escoamento superficial que resulta de uma certa precipita o Conhecendo se a precipita o e o escoamento superficial run off calcula se po
91. 61 74 80 pobre segundo as curvas de n vel normal segundo as curvas de n vel boa segundo as curvas de n vel 6 35 70 79 Zonas sociais rurais nomal 59 mM 82 86 Estradas pavimento perme vel 72 82 87 89 pavimento imperme vel 74 84 90 92 muito abertas ou de baixa transpira o 56 75 86 91 abertas ou de baixa transpira o 46 68 78 84 Florestas normal 36 60 70 76 densas ou de alta transpira o 26 52 62 69 muito densas ou de alta transpira o Valores do n mero de escoamento CN para regi es rurais INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 62 Utiliza o ou cobertura Condi es de superf cie Tipo de solo do solo L o o ss pe a DO commedidasde conserva o do solo 62 71 78 81 Pastagens ou baldios em m s condi es 68 79 86 39 DO Jemboascondi es 39 61 7 8 Prado em boas condi es Jofsj n z Bosques ou zonas florestais Cobertura m _ 4 66 7 83 OOo Sboacoberwra Jo pos 7 Mm Relvados parques campos boas condi es relva cobrindo mais ESESEIES de golf cemit rios etc de 75 da rea coberta LO condi es razo veis relva cobrindo RSS de 50 a 75 da rea peido ba io bo escrit rios perme vel Zonas industriais aproximadamente 72 de rea imperme vel Zonas residenciais reas m dias dos percentagem lotes m dia imperme
92. 9 a 0 050 Quadro 5 5 1 F rmula de DARCY WEISBACH com a f rmula de Pu P y Q H obt m se a f rmula de BRESSE de grande utilidade pr tica para o dimensionamento do di metro econ mico D K Q r eE C 15 n C Custo do sistema elevat rio com sendo C2 Custo m dio do tubo D di metro m Q caudal m s O valor K encontra se tabelado em fun o da velocidade na tubagem Os valores mais baixos aplicam se a di metros grandes gt 400mm INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 10 0o75 080 085 090 100 110 120 130 140 Quadro 5 5 2 Valores de K f rmula de BRESSE Geralmente a velocidade m dia situa se entre 0 60 e 2 40m s Velocidades maiores devem ser evitadas mas se tal n o for poss vel conv m que os conjuntos elevat rios funcionem apenas algumas horas por dia Como a f rmula de BRESSE n o d valores comerciais deve arredondar se o valor calculado para um di metro comercial imediatamente superior 5 6 Tipos de bombas As bombas podem classificar se em dois grandes grupos 5 6 1 Bombas volum tricas Estas bombas dependem das press es e das for as est ticas e n o das velocidades relativas entre o escoamento e as partes m veis Quando o escoamento intermitente dizem se alternativas como por exemplo as bombas de pist o e as de diafragma Quando o escoamento cont nuo denomi
93. A constante e o n vel de sa da NS INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE HI 8 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 9 L1 H2 B PCE L2 NS Figura 3 2 8 1 O ponto A a entrada do sif o ou boca do sif o e o ponto D a sa da do sif o O ponto C no eixo da tubagem o v rtice do sif o denominando se coroamento a parte superior de C e crista a parte inferior de C O trecho AC de comprimento L o ramo ascendente e o trecho CD de comprimento L o ramo descendente O comprimento total L a soma L L2 O ponto B dentro da tubagem situa se na superf cie livre da gua e est sujeito Par Para que um sif o funcione n o basta que o ponto D esteja abaixo de B e que esteja escorvado S o necess rias tr s condi es que se estabelecem atrav s das equa es de Bernoulli 1 Condi o Consideram se os pontos inicial B e final D Po Us t z t I P eai Yy 2g Pela f rmula de Darcy Weisbach INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA TII 10 2 2 pere E BoU 2 g D 2 g E E Pj U U se D for constante 2 H 0 0 0 0 4 2 g J 1 2 g H U 2 g J U 2 s H 1 Se na equa o 1 substituirmos J pelo seu valor obtem se 2 2 H aZe EE U 2 g D 2 g 2 H 2 t pr 2 g D pg 1 DE Sendo S a sec o da tubagem e fazendo 1 f
94. A VLS Velocidade Espec fica Tipo de Turbina n PELTON com 1 injector 30 a 70 PELTON com v rios injectores Quadro 6 6 1 1 Turbinas velocidade espec fica 6 6 2 Altura de queda e caudais De acordo com as alturas de quedas e caudais temos o seguinte campo de aplica o Q Turbina m s 700 a 10 10a 30 FRANCIS Quadro 6 6 2 1 Turbinas altura de queda e caudais 6 7 Rendimento das turbinas Quando as turbinas operam com o m ximo caudal e queda o rendimento aproxima se dos 90 Quando o caudal varia as turbinas de melhor desempenho s o a PELTON por se poder mudar o di metro do injector e a KAPLAN devido ao facto de se poder variar o passo da h lice Apenas com metade do caudal conseguem se rendimentos superiores a 85 A turbina FRANCIS com metade do caudal apresenta rendimentos abaixo dos 80 sendo as de h lice p s fixas as que apresentam pior desempenho 75 quando o caudal se reduz para metade 6 8 Aproveitamentos hidroel ctricos A energia el ctrica pode ser produzida em tr s tipo de centrais Central h drica utiliza se a gua Central t rmica utiliza se o carv o diesel ou outro combust vel Central nuclear utiliza se a fiss o do n cleo energia at mica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 9 dos tr s aproveitamentos sobressai a energia h drica como a mais econ mica mais fria e a q
95. DE HIDR ULICA APLICADA I 17 S Une a nascente foz d nos a declividade m xima sempre te rica S2 Declividade m dia A rea do tri ngulo formado pelos eixos coordenados e a recta correspondente inclina o m dia igual rea definida pelos eixos coordenados e o perfil longitudinal do rio S3 Declividade equivalente constante Obt m se atrav s da m dia harm nica ponderada da raiz quadrada das diversas declividades I Declividade de cada trecho Li Comprimento real de cada trecho 2 L o RE La 1 3 10 Padr o de drenagem Os padr es de drenagem dizem respeito ao arranjo dos cursos de gua o que influenciado pela natureza e disposi o das camadas rochosas pela geomorfologia da regi o e pelas diferen as de declive Os principais padr es de drenagem s o Drenagem dendr tica ou dendroide assim designada por se assemelhar a uma rvore do grego dendros rvore Desenvolve se em rochas de resist ncia uniforme Dendr tica Drenagem em treli a caracterizada por ter rios principais que correm paralelos e por rios secund rios tamb m paralelos entre si que desaguam perpendicularmente nos primeiros E t pico em estruturas com falhas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 18 se Treli a Drenagem rectangular uma modifica o da anterior e uma consequ ncia da infl
96. E ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA II 4 Quadro 2 1 2 Valores da permeabilidade para v rios materiais 2 2 Aqu feros De acordo com a press o a que o aqu fero est submetido podemos fazer a seguinte distribui o 2 2 1 Aqu feros livres ou fre ticos Est o parcialmente saturados de gua cuja base uma camada imperme vel ou semi imperme vel O topo limitado pela superf cie livre da gua sob a press o atmosf rica Por n o haver press o a gua de um po o escavado sobre o aqu fero fre tico n o subir de n vel INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 5 Superficie do solo NA N vel fre tico RI RS Base Imperme vel Figura 2 2 1 1 Aqu fero fre tico 2 2 2 Aqu fero confinado Quando no topo e na base existem camadas imperme veis e o aqu fero est completamente saturado diz se que um aqu fero confinado O n vel da gua define uma superf cie imagin vel denominada superf cie piezometrica Num po o perfurado em tal aqu fero a gua pode subir acima do n vel fre tico Os aqu feros confinados s o chamados de artesianos de Artois regi o de Fran a e os furos neles perfurados podem ou n o jorrar gua sem necessidade de bombagem Geralmente os aqu feros confinados ou artesianos t m uma rea em contacto com a atmosfera por o
97. ENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 17 c Reservat rio de ar comprimido R A C A gua acumulada sob press o no interior de um reservat rio met lico ligado tubagem pode impedir a descontinuidade de escoamento compress o quando h uma paragem da bomba A press o do ar no reservat rio em condi es normais equilibra a press o na tubagem no tro o da liga o ao reservat rio 1 Funcionamento normal 2 A gua contida no reservat rio de ar R A C ocupou o lugar deixado pela onda de depress o que se iniciou na bomba e prosseguiu at ao final da tubagem 3 A gua refluiu e ocupou parte do reservat rio R A C obrigando o n vel deste a elevar se e a comprimir mais o ar que se encontrava dentro do reservat rio Os reservat rios de ar protegem a instala o contra a sobrepress o e depress o e s o muito empregados d V lvulas anti golpe Possuem um orif cio que elimina para a atmosfera um certo volume de gua que cria uma redu o de press o que equilibra a sobrepress o S o colocadas em deriva o na tubagem de compress o Quando a press o atinge um determinado valor abrem se automaticamente descarregando a gua para o rio reservat rio ou po o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VILIS e Volantes de in rcia Os volante
98. ENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 2 Para um conjunto de turbinas hom logas isto para um grupo de turbinas que s o hidraulicamente similares de tal maneira que os resultados dos testes feitos em laborat rio numa unidade podem ser generalizados atrav s das leis de semelhan a hidr ulica a rela o uma caracter stica constante descrita como coeficiente Ee U perif rico Assim u U K VH K XH K D n Ent o K JH K XH n pms K D D Da equa o o De SP P K D H SD e substituindo 3 5 K JH JK H ma GE n JP JP a equa o caracter stica para um conjunto hom logo de turbinas O coeficiente Ks geralmente conhecido por velocidade espec fica n ou n mero espec fico a velocidade de rota o de uma turbina hidraulicamente semelhante que produz uma pot ncia unit ria sob queda til unit ria funcionando com o mesmo rendimento 5 1 n n 1 5 P H ns Velocidade espec fica ou n mero espec fico n rota es por minuto P Pot ncia H Altura de queda 6 3 Componentes de uma turbina Uma turbina comp e se dos seguintes elementos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 3 Rotor roda m vel elemento principal consiste numa s rie de p s ou conchas unidas a um eixo Distribuidor pa
99. GIANDOTTI A estrutura semelhante f rmula racional mas o coeficiente de escoamento obtido a partir da rea da bacia AxAxh Qm x T sendo Qmax caudal m ximo em m s A rea da bacia em Km h precipita o m xima em mm correspondente ao tempo de concentra o e a um determinado tempo de retorno O tempo de concentra o segundo Giandotti z 4 JA 15 L 0 80 H sendo Te tempo de concentra o em horas A rea da bacia em Km L comprimento do rio principal em Km H altura m dia da bacia em m O par metro 4 encontra se tabelado e o seguinte A rea da bacia em Km Valor de at 300 0 346 300 500 0 277 500 1000 0 197 1000 8000 0 100 8000 20000 0 076 20000 70000 0 055 A f rmula de Giandotti foi preconizada no Regulamento de Pequenas Barragens de Terra editado em 1973 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 68 1 9 11 5 F rmula do Loureiro Em Portugal F Loureiro desenvolveu estudos para o Norte e Sul do pa s onde delimitou zonas e correlacionou os caudais de ponta de cheia medidas e analisadas pela distribui o de Gumbel com a rea da bacia atrav s da express o Q C A sendo Qp caudal de ponta de cheia m s par metro regional relacionado com o per odo de retorno T par metro regional A rea da bacia hidrogr fica em Km Valor de Z 0 784 Valores para a zona 5 Ribeiras do Algarve Bai
100. INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAPITULO I HIDROLOGIA DE SUPERFICIE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I i NDICE 1 HIDROLOGIA DE SUPERFICIE eta nai and sd aaa A aaa dg aa 1 EO Hist rIa E EEEE 3 1 1 Ciclo Hidr l riCon e a a E E 4 1 2 Aplica es da Hidrologia seeeeneeessssseeeeseesessssseserreesssssseeerreeessssssseseeee 5 1 34 Ba cia Hidrogr fica cisini ea a a E 6 1 3 1 Tipos de Drenagem seeeeseeesssesseeeeeeesssssserrreeesssssseerreeesssssserereeess 6 1 3 2 Classifica o dos Cursos de gua J 13 3 Formada Ba lainss dernegi en eia e a a E aaa 8 1 3 3 1 Coeficiente de Compacidade ou ndice de Gravelius Kc 9 1 3 3 2 Factor de Forma Kf ccssscsicissisisisiinsn nagiisa 9 1 3 3 3 Rect ngulo Equivalente casi nesai papeis passada 10 1 3 4 Sistema de Drenagem esesseesssssseeeeeeeeessssserereresssssserereeessssssseerees 11 1 3 5 Densidade de Drenagem esssssseeeeeeeessssseeesreeesssssserereessssssseeeees 12 1 3 6 Sinuosidade do Curso de gua S siseeeeeeiseieeereeieeierereererrsrrsereern 13 137 Relevo da Bacia pasa casa i e de Dara DS Da 13 1 3 7 1 Inclina o M dia das Vertentes da Bacia 13 372 Curva Hipsom lica aaa ENG a s 15 1 3 8 Eleva o M dia da Bacia asasascisassoa
101. Il Custo do A sistema elevat rio E p Di metro Di metro escolhido Figura 4 3 1 A curva III a soma das curvas I e II e por ela se verifica que h um custo m nimo para um determinado di metro Existem v rias f rmulas baseadas em custos para pr dimensionar os di metros das tubagens A formula mais conhecida a de BRESSE D k JQ sendo D di metro em m Q caudal a elevar em m3 s k coeficiente que depende da velocidade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV 5 Quadro 11 3 1 Em ess ncia ao escolher se o k estamos a fixar a velocidade A velocidade m dia dos sistemas situa se entre 0 6 e 2 4 m s A velocidade ideal situa se em torno de 1 0 m s comk 1 3 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO IV SISTEMAS ELEVATORIOS REA DEPARTAMENTAL DE ENGENHARIA CIVIL N CLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 26 de Abril de 1999 DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA N CLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV i INDICE A Sistemas elevaL TIoS a a A T SEN 1 4 1 Partes Componentes asa cesar RIA E EEE R A EE S 1 4 2 Pot ncia do sistema elevat rio esensseneseneseeeseesssessstssstesserssersserssereseseseresee 3 4 3 Di metro econ mico num conjunto elevat rio iii iii 4
102. L die BE D D D ent o Q Tae ou seja h um conduto de di metro D e comprimento L que transporta o caudal Q sob a perda de carga J Ent o IJ D J D J D Q Q g Q 3 1 p L B L B De um modo geral Di _ D _ D _ D L L NE CE e com f C ou K iguais 3 8 Tubagens com caudal de percurso Seja uma tubagem com caudal de percurso q como indicado na figura 3 8 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE I 23 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Figura 3 8 1 Tubagem com caudal de percurso O caudal de entrada dado por Q q L Q Num ponto M situado a uma dist ncia de B o caudal dado por O Q q x Utilizando a f rmula de Darcy Weisbach para o c lculo da perda de carga 0 0827 f Q L Substituindo o caudal no ponto M na express o da perda de carga e considerando J um tro o com comprimento elementar Ox no qual a perda de carga constante obt m se 0 0827 f J Q q xf x oJ Integrando em ordem ao comprimento vem 0 0827 f 2 J e O 9 x 0x L T EE A par 2 3 sA orso qp EE 2 2 y 0 0827 f Esogast E D Designando o termo entre par ntesis da equa o anterior por caudal fict cio INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IHI 24 2 2 Or O korpi Geralmente considera se Q Q 0 55 q L ou
103. LAR DE HIDR ULICA APLICADA I 45 1 9 2 Medi o Atrav s da F rmula Hidr ulica Quando h necessidade de se fazer a reconstitui o de uma cheia pode se fazer uma avalia o do caudal recorrendo s f rmulas da hidr ulica Manning Strickler desde que se mantenha o regime de escoamento livre uniforme Q 1 AROS TOS n Sendo caudal em m Is raio hidr ulico da sec o A P em m rea da sec o m per metro molhado m Soong a N S inclina o da linha de energia m m n coeficiente de rugosidade de Manning A e R obt m se atrav s de levantamento topogr fico de v rias sec es do rio I obt m se atrav s de carta topogr fica escala 1 25000 ou 1 50000 com curvas de n vel de 10 m em 10 metros supondo coincidentes a declividade e a linha de energia O valor de n o de mais dif cil obten o pois depende de crit rio pessoal Um m todo expedito consiste no seguinte 1 Estabelece se um valor b sico para n fun o do material constituinte do leito do rio 2 Estabelece se um aumento do coeficiente n levando se em conta o grau de irregularidade do leito do rio 3 Estabelece se um aumento do coeficiente n levando se em conta as diferen as de dimens es e de forma da sec o transversal 4 Estabelece se um aumento do coeficiente n levando se em considera o obstru es formadas por arrasto ra zes etc 5 Estabelece se um aumento do coeficiente n levando se em considera o a vegeta o 6
104. LTON s o a facilidade com que se pode trocar pe as a facilidade de reduzir as sobrepress es nas tubagens a exig ncia de pouco caudal A maior queda em turbina PELTON situa se na Su a Dixence com 1750m e pot ncia de 65 MW A maior pot ncia gerada no aproveitamento de Cubat o Brasil com 719m de queda e 110 MW INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 4 As turbinas PELTON podem ser dispostas com eixo vertical ou horizontal 6 4 1 2 Turbinas de reac o A gua circula entre as p s variando a velocidade e a press o Esta por n o ser constante obriga varia o da sec o transversal aproveitando se assim a energia da gua uma parte na forma de energia cin tica e o resto na forma de energia de press o As turbinas de reac o s o as FRANCIS H LICE e KAPLAN As principais m quinas eram uma esp cie de turbinas de ac o e foram baseadas nas rodas hidr ulicas As turbinas de reac o apareceram em princ pios do s culo XIX No ano de 1833 o engenheiro franc s FOURNEYRON inventou a turbina que ficou com o seu nome e que funcionava sempre submersa HENSCHEL e JONVAL introduziram o tubo de aspira o mas foi o engenheiro americano FRANCIS que em 1849 inventou a turbina mista que leva universalmente o seu nome As turbinas FRANCIS s o utilizadas em aproveitamentos com quedas acima de 10m podendo dizer se que de todas as turbi
105. NANENto lentoihin ier aE bis Maul ale aa 10 7 8 Golpe de ar ete em condutas elevat rias 10 4 9 Protec es contra o golpe de arfete 15 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 7 1 Golpe de ar ete Quando no escoamento da gua a press o e o caudal numa sec o transversal n o variam com o tempo aplic vel o teorema de BERNOULLI e o movimento permanente Quando a press o e o caudal variam com o tempo o movimento n o permanente e pode ocorrer numa tubagem quando se corta bruscamente o fluxo originando o golpe de ar ete Golpe de ar ete a varia o brusca de press o acima ou abaixo do valor normal de funcionamento devido s mudan as bruscas da velocidade da gua As manobras instant neas nas v lvulas s o as causas principais da ocorr ncia de golpe de ar ete O golpe de ar ete provoca ru dos desagrad veis semelhantes ao de marteladas em metal Pode romper as tubagens e danificar instala es JOUKOWSKY estabeleceu uma lei que permite determinar a press o m xima provocada pelo fechamento brusco de uma v lvula instalada numa tubagem N A V lvula Uo A tubagem AB alimentada pelo reservat rio sob a carga Ho A tubagem tem di metro constante D onde circula gua em movimento permanente com velocidade m dia Uo Se a v lvula em B se fechar in
106. O C Je 2 g U LEAD Ee a Ja a 2 8 ou pelos comprimentos virtuais Ei A 7 J jel J ji L a Finalmente a altura manom trica do sistema elevat rio H p E H Ea H 4 2 Pot ncia do sistema elevat rio A altura manom trica Hm a distancia vertical que a bomba deve vencer para elevar o caudal Q do reservat rio R para o reservat rio R2 A pot ncia necess ria fornecida por meios mec nicos e calcula se pela equa o p XQH 7 sendo P pot ncia total a fornecer ao conjunto elevat rio em kW peso vol mico do liquido pps No caso da gua a 15 C p 1000 kg m g 9 81 m s y 1 0kNm Q caudal a elevar em m s H altura manom trica em m n rendimento total do conjunto adimensional N N Nm em que U rendimento da bomba sempre menor do que 1 U rendimento do motor INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IV 4 4 3 Di metro econ mico num conjunto elevat rio Observando a f rmula atr s que nos d a pot ncia do conjunto elevat rio verifica se que o dimensionamento de uma tubagem de compress o hidraulicamente indeterminado Se a eleva o for feita com velocidades baixas origina di metros grandes portanto custos elevados Di metros menores originam velocidades mais altas mas provocam grandes perdas de carga Isto v se pelo gr fico mostrado abaixo Custo N I Custo da Custo tubagem minimo
107. O ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 8 Velocidades altas originam di metros menores de custos mais baixos mas provocam grandes perdas de energia Custo total da Instala o Custo Custo da tubagem Custo do conjunto elevat rio 4 Di metro Di metro Escolhido Figura 5 5 1 evolu o dos custos em instala es de bombagem A curva I diz respeito varia o dos custos com a tubagem Quanto maior o di metro maior o custo dos tubos Nos custos incluem se as amortiza es e os juros do capital aplicado na aquisi o A curva II indica a varia o de pre os dos conjuntos elevat rios A curva III a soma de I e II e d nos o di metro de custo m nimo procurado Da combina o da f rmula de DARCY WEISBACH 2 J 0 0827 f L m c a metro de coluna de gua f U J Doa L m c a metro de coluna de gua E U pb m m D 2 g INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 9 o 8f Q E m J MD m m j 0 0827 f o m m t D Ferro Fundido Revestido com asfalto 0 014 a 0 10 Revestido com cimento 0 012 a 0 06 Novo com costura 0 012 a 0 06 Novo sem costura 0 009 a 0 012 Moldado em madeira 0 012 a 0 08 Moldado em ferro 0 009 a 0 06 Centrifugado 0 012 a 0 085 Usado Esta 0 10 a 0 15 Novo 0 009 a 0 058 P V C 0 015 0 00
108. OR A DO H EEE HH IA Hr HH HEHEH HEHEH OS j T T I i 20 OESCARGA LITROS SEGUNDO Figura 2 2 14 1 baco para o c lculo do caudal em orif cio calibrado INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 3 Esta medi o feita da seguinte maneira 1 O tubo de descarga deve apresentar um comprimento superior a 8 vezes o respectivo di metro 2 Na boca do tubo de descarga adapta se uma redu o Por exemplo no baco tem de 6 para 3 8 para 5 etc 3 A partir da redu o e a uma dist ncia m nima de 0 6D at 8D abre se um furo de 1 4 6 25 mm e solda se um pequeno tubo em L ao qual acoplado um tubo de pl stico transparente que tem que ficar vertical Para facilitar as leituras prende se uma escala graduada 4 A gua ao passar pela redu o aumenta de velocidade o que se traduz num aumento de press o que lido directamente no tubo pl stico devido subida da gua 5 No baco est o calculados os caudais para diferentes cargas h e diferentes combina es de tubos de descarga e orif cios e Descargas livre em tubo horizontal Este m todo expedito fornece nos uma razo vel avalia o do caudal O m todo requer duas condi es 1 A tubagem tem que estar na horizontal 2 O tubo tem que estar totalmente cheio na descarga Necessita se de um gabarito tipo esquadro de pedreiro devendo o ramo vertical possuir um comprim
109. RICULAR DE HIDR ULICA APLICADA rasa ORAR Superficie fre tica Superficie piezom trica Camada semi confinante Sentido da drenagem JAAA Aquifero semi confinado TOSTES OGRO Base imperme vel 2 2 4 1 Aqu fero semi confinado M pannaan Superficie piezom trica Camada semi confinante Superficie fre tica Sentido da drenagem tt Aquifero semi confinado Base imperme vel 2 2 4 2 Aqu fero semi confinado 2 2 5 Modo de ocorr ncia da gua no solo A gua no solo divide se em duas zonas a zona de aera o b zona de satura o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 8 na zona de aera o que trabalham os agr nomos pois da que as plantas retiram os nutrientes necess rios sua vida vegetativa Na zona de satura o os poros est o preenchidos com gua e a porosidade mede a gua contida por unidade de volume Uma rea com 100 m e espessura de 5 m que apresenta uma porosidade de 10 tem armazenados 50 m de gua Mas este volume n o extra do f cilmente por simples drenagem natural ou por bombeamento Sobre essa gua agem for as contr rias gravidade que ret m a gua contida no material for as capilares e de tens o superficial a reten o especifica ou capacidade de campo Reten o especifica ou capacidade de campo a parte da gua retida
110. RIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 5 o Perda de carga unit ria na linha de aspira o L Comprimento virtual da tubagem de aspira o As perdas acidentais crivo curva de 90 redu es v lvula etc s o reduzidas a comprimentos virtuais em fun o da velocidade de acordo com a 2 express o 2 Bis 2xg A altura din mica de aspira o H ha ja Para a compress o temos semelhantemente U 2x g J jc L K ou J j L em que J a perda total verificada na compress o onde L o comprimento 2 U virtual soma de L e de K 7 8 A altura din mica de compress o H he Je e a altura manom trica de eleva o Hn Ha H 5 4 Pot ncia dos conjuntos de compress o eleva o 2 A altura manom trica a dist ncia vertical que a bomba tem de vencer para elevar o caudal Q do reservat rio inferior a R para o reservat rio superior Rs incluindo todas as perdas de carga P a pot ncia til que corresponde ao trabalho realizado pela bomba Rey OH peso vol mico da gua N m gt 9810 N m 10000 N m Y Q caudal m s H altura manom trica m P pot ncia til W Watt INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 6 0 H P e pot ncia til CV cavalos vapor 0 H P e pot ncia til kW kiloW
111. STITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 13 Motor T N A E Vamos considerar dois pontos um situado no N A do Ri Po e o outro P situado no eixo entrada da bomba Aplicando o teorema de BERNOULLI Pa be P a aa e a PARE Yy 2g e vem 2 2 pedi U EU ag a y 2 g a Dispensando as perdas de carga e a diferen a entre as energias cin ticas temos Y e se for P 0 caso limite gt Po Pu h a P jo _ 101300 N m o 10 33 m y 9810 N m que o valor te rico m ximo da altura est tica de aspira o ao n vel do mar e temperatura de 4 C Na pr tica adopta se um valor em torno de 6 m porque P ter que ser sempre maior do que zero n o se devendo desprezar as perdas de carga e a diferen a entre as energias cin ticas A cavita o limita a altura est tica de aspira o cujo valor m ximo ocorre quando P P sendo P a press o do vapor do l quido temperatura da bombagem INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 14 h si E Urt RV E S E J J j J est ligada geometria e tipo de propulsor e sua determina o muito dif cil Tem o nome de coeficiente de cavita o 4 3 Na pr tica J 0 H sendo que oc 0 0012xn 3 correspondendo n m velocidade espec fica da bomba
112. SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 73 boa aproxima o do valor real de P mas para grandes per odos de recorr ncia a reparti o das frequ ncias tem de ser ajeitada a uma lei probabil stica te rica Ven Te Chow demonstrou que a maioria das fun es de frequ ncia em an lise hidrol gica podem ser escritas sob a forma X X K S sendo X m dia K factor de frequ ncia Sx desvio padr o Uma aplica o desta teoria refere se ao c lculo de chuvas de m xima intensidade Quando se tenciona achar os valores das intensidades extremas escolhem se as s ries m ximas anuais ou seja para uma dada dura o escolhe se a m xima intensidade pluviom trica observada em cada ano hidrol gico A f rmula de Gumbel diz nos que a probabilidade P de um valor extremo da s rie ser menor do que X y p e sendo y a vari vel reduzida a S S Y x x em que X a moda dos valores extremos Y S n X m dia da vari vel X res a m dia e desvio padr o da vari vel reduzida S desvio padr o da vari vel x Os valores de Y vari vel reduzida encontram se tabelados em fun o do per odo de retorno Os valores de Y eS encontram se tabelados em fun o do n mero de anos n INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 74 M todos Estat sticos Tabelas M todo de Gumbel
113. VERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 51 O Bureau of Reclamation dos E U A foi o rg o que mundialmente mais pesquisou em bacias de dissipa o Praticamente toda a literatura existente sobre esta mat ria proveniente do B R Os projectos das bacias est o ligados ao numero de Froude O B R apresenta 4 tipos de bacias 1 Bacia tipo I 1 2 lt Fr lt 2 5 As alturas conjugadas guardam a seguinte rela o y2 2 y U 2 U N o h necessidade de bacias especiais A plataforma horizontal dever ter comprimento L gt 4 y 2 Bacia tipo H 2 5 lt Fr lt 4 5 S o as que apresentam o menor desempenho hidr ulico porque a onda se forma em simult neo com o ressalto Geralmente procura se modificar o Fr a fim de se sair deste tipo de ressalto 3 Bacias tipo Il e IV Fr gt 4 5 Nestas bacias predomina o verdadeiro ressalto Quando U1 lt 15 m s o USBR recomenda o tipo III que possui blocos de queda amortecedores e soleira terminal que permitem diminuir o comprimento da bacia Quando Ul gt 15 m s o USBR recomenda a bacia tipo IV que n o tem blocos amortecedores o comprimento do fundo maior mas a soleira dentada Bacia Tipo I USBR NAN AA Po FI i Figura 9 32 3 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 52 va Y
114. a R2 Curva horizontal Curva horizontal Figura 3 1 2 Planta A gua escoa de R1 para R2 nos desenhos acima Em perfil existem tr s perdas de carga localizadas 1 ventosa e duas descargas de fundo Em planta existem sete perdas de carga localizadas 2 v lvulas 3 curvas uma entrada na tubagem e uma sa da da tubagem Todas estas perdas de carga localizadas originam degraus na linha de carga efectiva linha que liga a SL de R1 SL de R2 A linha quebrada b d fhjTn p a linha piezom trica soma da energia potencial com a energia de press o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 2 2 P Em adutoras de grande di metro ou extens o as perdas de carga localizadas s o irrelevantes e costumam desprezar se Quando a velocidade pequena o que 2 normalmente sucede em adutoras de gua costuma desprezar se o valor de EEE E A perda de carga total J a soma de J J J J perda de carga na tubagem J j L L comprimento da tubagem n o reduzido ao horizonte j perda de carga unit ria obtida atrav s das f rmulas de Hazen Williams Darcy Weisbach ou outras JL soma das perdas de carga localizadas Na pr tica adopta se o m todo dos comprimentos virtuais o que significa que se adicionam ficticiamente mais metros tubagem A perda de carga passa a calcular se apenas considerando um cumprimento fict cio L L
115. a o 1 2 As cimenta es devem ser feitas at uma profundidade m nima de 30 metros a partir do n vel do solo 2 2 10 4 Cimenta o para protec o de aqu feros indesej veis Um po o pode ser contaminado atrav s de aqu feros indesej veis como sejam gua salgada furos pr ximos do mar ou poluentes industriais pr ximo de um rio ou de coliforms pr ximo de fossas Os cuidados devem ser tomados ao planear se a perfura o durante esta e posteriormente fazendo uma an lise completa O po o s deve ser perfurado se houver condi es de isol lo de guas estranhas atrav s de uma cimenta o que garanta uma protec o eficaz 2 2 11 M todos de cimenta o Po o perfurado percuss o Ap s a perfura o do po o desce se a tubagem de revestimento com os filtros enroscados O revestimento e os filtros devem estar rigorosamente centrados Depois de descido o revestimento coloca se o cascalho no espa o anelar de modo que fique pelo menos 3 metros acima do topo do filtro Em seguida colocada uma cinta de argila muito pl stica com altura de 2 metros Depois feita a cimenta o com argamassa cimento areia de 1 1 com aditivo de pega r pida Furos perfurados rota o Uma vez que o po o est sempre cheio com a lama da perfura o a cimenta o n o simples A cimenta o feita atrav s da bombagem de calda de cimento pelo espa o anelar ou por dentro Cimenta o pelo espa
116. a dos assentamentos que se verificarem na 1 e 2 gera es destas barragens foi assim praticamente eliminado A palavra enrocamento rockfill define um conjunto n o coerente de fragmentos de rocha cuja granulometria constitu da em 70 por part culas maiores que 1 2 12 5mm com uma frac o no m ximo 30 o ideal ser 10 de part culas que passam no peneiro n 4 4 8mm Um enrocamento bem graduado com alguns finos tem resist ncia e compressibilidade maiores do que um enrocamento mal graduado uniforme A m xima dimens o de blocos dever ser menos 80 do que a espessura da camada compactada Os blocos maiores devem ser empurrados para s taludes externos Para espessura da face de bet o utiliza se a f rmula e 0 3 0 003H m sendo H altura da barragem A inclina o dos taludes situa se em torno de 1 5 a 1 8 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 19 N cleo argiloso 1V1 5a1 8H Face de bet o 1V1 22a1 3H A largura da crista sempre maior do que 10m a fim de facilitar a constru o Para amortecimento das ondas costuma colocar se um rip rap constitu do por grandes blocos de pedra no talude de montante das barragens com n cleo argiloso Nas barragens com face a montante costuma prolongar se a laje na vertical e junto crista de modo a formar um muro guarda corpo que corta as ondas Para a armadura da face de be
117. a e soleira espessa Os descarregadores de soleira delgada apresentam a espessura da crista com dimens es muito pequenas em rela o altura da l mina da gua Quando a espessura da crista tem dimens es maiores do que a l mina de gua o descarregador de soleira espessa Os dois descarregadores mais usados para medir pequenas vaz es s o o Triangular de Thompson e o Trapezoidal Cipolleti Soleira Medidora Thompson Constitu da por uma chapa de a o com um corte em tri ngulo formando um ngulo recto A f rmula Q 0 0142 h sendo h em cm e q em l s Soleira Medidora Cipolleti De forma trapezoidal a f rmula Q 1 86 L h5 sendo Q em m3 s H em m v lido para 0 06 lt h lt 0 60 Quando se torna onerosa a constru o de uma sec o de controlo com descarregadores utiliza se a medida da velocidade da corrente para a determina o dos caudais No molinete a velocidade da gua faz girar uma h lice cujo n mero de rota es acompanhado numa escala e cronometrado Para que o m todo seja eficaz tem que se dividir o rio em um certo n mero de trechos e em cada um deles proceder a v rias leituras e a v rias profundidades E INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 44 necess rio que se tenha a sec o onde se efectuam as medi es devidamente batimetrada Costuma adoptar se um dos seguintes crit rios a Velocidade m dia igual
118. a press o Figura 2 2 14 3 Medidor diferencial em cotovelo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 34 2 2 15 Teste de produtividade Denomina se produtividade o volume de gua que um po o capaz de fornecer durante 24 horas consecutivas sob rea de influ ncia de 1 km A medi o do caudal n o suficiente para se saber qual o rendimento de um po o N o basta no teste de medi o chegar se a um caudal final e ao respectivo n vel din mico mais ou menos estabilizado necess rio fazerem se dois tipos de testes Testes de aqu fero Testes de produtividade O teste do aqu fero feito mantendo se uma bombagem prolongada se poss vel com caudal constante observando o rebaixamento atrav s de piez metros convenientemente localizados A sua finalidade achar as caracter sticas hidrol gicas do aqu fero isto Coeficiente de transmissibilidade T Coeficiente de permeabilidade K Coeficiente de armazenamento S Este ltimo define se pelo volume de gua que entra ou sai do aqu fero por unidade de rea horizontal e por varia o unit ria do n vel piezom trico O teste de produ o consiste em uma bombagem continua em 3 ou 4 etapas de caudal mantendo se este constante em cada etapa Isto destina se a determinar as caracter sticas do po o Caracter sticas construtivas Caudal de extrac o pti
119. a que remover as part culas de solo s vezes necess rio bater o tubo provis rio para se conseguir melhor penetra o Os acabamentos s o iguais aos dos furos perfurados a trado O desenvolvimento pode ser obtido atrav s de compressor ou pist o Bombeia se a gua at que ela saia limpa INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 20 2 2 8 6 Furos perfurados por percuss o Os furos profundos requerem t cnica mais apurada e consequentemente melhor equipamento e pessoal habilitado Pelos altos custos envolvidos a perfura o de um po o profundo deve empreender se ap s estudos geol gicos e t cnicos que conduzam selec o que melhor convenha Os dois m todos mais econ micos para perfura o percuss o s o a perfura o a cabo b rotativo com lama de circula o directa ou inversa Percuss o a cabo Na perfura o de furos para gua o mais difundido e preferido pelas empresas especializadas porque o equipamento de f cil transporte e manuten o al m do seu baixo custo operacional Este m todo consiste em se deixar cair em queda livre alternadamente um conjunto constitu do por haste tr pano percursor e porta cabo que est suspenso por um cabo montado num tambor Um balancim regul vel d movimento ao cabo O tr pano ao cair em queda livre rompe o material rochoso triturando o e simultaneamente ao girar so
120. a se y Tamb m se pode arbitrar valores para y e calcular U Com os valores achados pode se calcular a energia especifica em cada sec o e portanto AE Pela segunda formula acha se o gradiente energ tico entre as sec es Como se conhece a declividade do fundo i pode se calcular a diferen a i j e consequentemente o valor AL que determina a posi o da sec o 1 da qual j se conhece a profundidade A partir desta sec o repete se o processo para o seguinte apoiando se sempre nos resultados anteriores INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 4 3 9 26 Movimento bruscamente variado No movimento bruscamente variado as linhas de corrente n o s o rectil neas elas apresentam uma acentuada curvatura e por isso n o poss vel admitir que as press es nas respectivas sec es sigam a distribui o hidrost tica Este movimento ocorre em pequenos tro os e dai por ser pequeno desprezado o atrito da gua com as paredes de contorno As equa es para o movimento uniforme s o aplic veis no movimento bruscamente variado 9 27 Descarregadores de soleira delgada J vimos que os descarregadores de soleira delgada apresentam as soleiras com espessura inferior da respectiva estrutura S o empregados para medi es de caudal O estudo destes descarregadores serve se da analogia com os projecteis admitindo se que a componente horizontal da velocida
121. a um caudal parcial Quando a altura manom trica muito grande faz se uma associa o em s rie Neste caso as bombas elevam numa linha comum de tal modo que a anterior bombeia para a aspira o da posterior recebendo a gua maior quantidade de energia de press o 5 17 1 Bombas em paralelo Em paralelo todas as bombas trabalham sob a mesma altura manom trica total Os caudais s o somados INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 26 4 Curva Tubagem Hn T caracter stica da nica tubagem gt A E 2A a B 2 mero NP S H O Consideremos o sistema formado pelas bombas B e B2 iguais Na associa o em paralelo conveniente que as bombas sejam iguais pois o caudal distribui se igualmente entre elas A curva A caracter stica de uma das bombas e a 2A a caracter stica de duas bombas iguais operando em paralelo A curva S a caracter stica do sistema O ponto de trabalho do conjunto situa se em P mas se uma bomba parar o ponto de trabalho desloca se para P fornecendo o caudal Q No ponto P o caudal fornecido o Q sempre menor do que 2Q O caudal total do sistema menor do que a soma dos caudais das bombas operando isoladamente O ponto de trabalho desloca se para a direita quando as bombas operam em paralelo Se uma bomba parar a outra continuar
122. ada ao tipo de solo utilizado ou por brita confinada em geotextil c Filtro dreno ou tapete horizontal constitu do por areia seleccionada de granulometria adequada ao tipo de funda o ou por brita confinada em geotextil Sujeito a esvaziamento r pido S mbolo de grupo do solo N o GW GP SW SP N o adequado N o adequado Perme vel Perme vel GC GM SC SM 2 511 2 1 CL ML 3 1 2 5 1 CH MH 3 5 1 2 5 1 GW GP SW SP N o adequado N o adequado Perme vel Perme vel GC GM SC SM 3 1 2 1 CL ML 3 5 1 2 5 1 CH MH 4 1 2 5 1 Quadro 8 4 1 1 Inclina es dos taludes de barragens homog neas sobre funda es est veis d Cut off parte do aterro que se insere na funda o Quando esta de boa qualidade n o se utiliza cut off embora a funda o seja toda escarificada e preparada para receber o aterro e Protec o do talude de montante com enrocamento lan ado rip rap ou arrumado ou por lajes de bet o ou ainda por tapete asf ltico A tabela a seguir d nos a espessura m nima do enrocamento que depende do fetch fecth o maior comprimento da albufeira sobre o qual caminha o vento que vai incidir sobre o talude de montante Para este c lculo h necessidade de se conhecer a direc o a intensidade e a frequ ncia dos ventos dominantes INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 15 fetch Espessura m nima km cm
123. adimensional I intensidade da chuva m s A rea da bacia m Quando se deseja um caudal m ximo i a chuva para uma determinada frequ ncia com dura o igual ao tempo de concentra o da bacia Os valores de C encontram se tabelados OCUPA O VALOR DE C Zonas verdes jardins parques sssiiiii 0 05 0 35 Zonas comercials ssesssessseesssersenrsstssstsserssersseresere 0 50 0 95 Zonas residenciais seenseeeeseenseesseesstesseossersseresere 0 25 0 70 Zonas industriais ierrerererereerrrreareeaas 0 20 0 90 Mias T ITCAS Eus sarussa sp acadal de di Tais Dal a SAO a a Dava 0 20 0 40 Ruas e entradas insanire nsin niss 0 70 0 95 PASSEIOS Suco sas nos sadio SEE TESTE a SS sa Ds EEE Sad SUDO S TESS Ra Di aa 0 75 0 85 Telhados csessssosisse siso rss ssio List eds coca E cassada sda sa 0 75 0 95 52 1 6 Lo Seade Pp RR SEDE Re po ER E Pp CR A 0 10 0 30 reas ASRICO A Si par a a A E E 0 10 0 50 REA VALOR DE C Zonas comerciais Centro da cidade nena ia a aa 0 70 0 90 Anita DITO I A AEA AEO EEE E EET 0 50 0 70 Zonas residenciais Casas isoladas errar 0 30 0 50 Casas n o continuas iereraeees 0 40 0 60 Casas continuas ieeereeeeesereeeeaneeeeea 0 60 0 75 Apartamentos sas pl tao Ro pala 0 50 0 70 Zonas industriais Industria ligeira a sevesiasaeiis sesta piretssasdentsieitisdas 0 50 0 80 Ind sina pesada seas ala poa oca aa 0 60
124. ado de sif o o pesco o de cavalo Ventosa de duplo efeito 1 V lvula Adutora Descarga para limpeza Figura 3 2 8 3 Usa se o pesco o de cavalo quando uma adutora de gua tratada atravessa um rio contaminado ou polu do ao inv s de sif o invertido INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IHI 14 Neste caso a adutora est pressurizada pelo que n o necess rio haver preocupa o com as cotas Infelizmente a tend ncia mundial no sentido de cada vez haver mais polui o das linhas de gua o que leva adop o deste tipo de travessia Este tipo de travessia al m de evitar contamina es n o prejudica o fluxo de cheias do rio 3 3 Velocidade nas tubagens Pela formula da equa o da continuidade Q U S vemos que o caudal aumenta com a velocidade e com o di metro da tubagem Pelas formulas usuais verifica se que a perda de carga aumenta com a velocidade A adop o da velocidades elevadas s interessante sob o ponto de vista econ mico mas as condi es t cnicas n o o permitem porque provocam ru dos vibra es desgaste do material e sobrepress es elevadas no caso da ocorr ncia de golpes de ar ete As velocidades baixas encarecem o custo das tubagens maiores di metros e contribuem para a deposi o dos materiais finos existentes na gua A experi ncia tem levado adop o de valores pr ticos que c
125. al O divisor une os pontos de m xima cota entre bacias mas podem existir no seu interior picos isolados com cota superior assim como depress es com cota inferior Podem existir dois divisores um topogr fico e outro geol gico ou fre tico Este em geral determinado pela estrutura geol gica dos terrenos sendo muitas vezes influenciado pela topografia Resumindo segundo Garcez bacia hidr ulica um conjunto de rea com declividade no sentido de determinada sec o transversal de um curso de gua medidas as reas em projec o horizontal Sin nimos bacia de capta o bacia imbr fera bacia colectora bacia de drenagem superficial bacia hidrol gica bacia de contribui o 1 3 1 Tipos de Drenagem A gua captada por uma bacia hidrogr fica e que se escoa para o rio pode ter o seguinte destino a ter o mar ou um rio grande como desaguadouro e neste caso denomina se drenagem exorreica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 7 a drenagem mais usual e disso s o exemplo os grandes rios que desaguam nos Oceanos b A gua perde se em lagos ou depress es interiores a drenagem endorreica de que o rio Cubango em Angola um exemplo O rio Cubango muito caudaloso lan a as suas guas num lago no interior de frica Botswana formando o mundialmente conhecido Delta do Okavango c A gua some atrav s de sumidouros cavernas ou fendas
126. ande altura e pequena velocidade inicial verificou se que A 0 425 B 0 055 C 0 150 2 2 0 425 40 055 0 150 H H H 0 0 0 9 28 Descarregadores de soleira espessa Os descarregadores em barragens n o podem ser em soleira delgada pois isso levaria ocorr ncia de depress es abaixo da lamina vertente incompat veis para a obra A melhor geometria para um descarregador de grandes caudais a que se assemelha face inferior da lamina vertente em queda livre como vimos no item anterior Os estudos em modelos reduzidos feitos nos E U A e na Europa levaram adop o da equa o te rica referente s chamadas soleiras normais onde n o ocorrem depress es ou sobrepress es conhecida como Perfil Creager EAR O H H 1 85 PAN EA H H v lida para a regi o a jusante do ponto mais alto da face inferior da veia liquida e A f rmula para a carga unit ria H 1 a montante medida em rela o ao mesmo ponto O c lculo do caudal nos descarregadores de soleira espessa baseado nos descarregadores de crista delgada por sua vez apoiado no estudo em orif cios rectangulares de grandes dimens es 2 3 3 Se considerarmos o descarregador com um orif cio para o qual h O INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 46 0 5 CL Tete e fazendo C C 2 8 vem Q C L H r O coeficiente C depende de inclina
127. ando as varia es de velocidade s o moderadas c Com a forma do propulsor Como vimos em 2 6 4 os propulsores podem ser abertos fechados e semi abertos H H No y Q TOR Q Largo streito H H P s maiores aberto P s menores aberto 5 12 Ponto de trabalho Nas bombas de tipo crescente a maior altura manom trica corresponde ao caudal nulo Este ponto denomina se ponto de caudal nulo ou sheet off e indica que a bomba trabalha com sua rota o normal mas com as v lvulas da tubagem completamente fechadas Mantendo a bomba trabalhando e abrindo gradualmente a v lvula a gua come a a escoar originando as respectivas perdas de carga na altura manom trica A press o vai diminuindo at atingir o equil brio no ponto em que se cruzam as curvas caracter sticas da bomba e do sistema INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 23 Curva caracter stica da tubagem Curva caracter stica da bomba O ponto de trabalho ou ponto de funcionamento da bomba P definido pelo cruzamento das curvas caracter stica da bomba e da tubagem A vaz o Q no ponto P conseguido com a v lvula toda aberta O caudal cresce de zero at Q e altura manom trica cresce de H at ao seu valor de funcionamento H J 5 13 Faixa de trabalho das bombas centrifugas Para se obter um rendimento m ximo os caudais e as alturas manom tricas
128. ar aos rios a bondade que dariam a qualquer irm o Do manifesto do Chefe Seatle dos povos Duwamish Suquamish Samanish Skopamish e Stakmish dirigido em 1855 ao Presidente Pearce dos E A U INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 12 A CARTA EUROPEIA DA GUA 01 N o h vida sem gua A gua um bem precioso indispens vel a todas as actividades humanas 02 Os recursos h dricos n o s o inesgot veis necess rio preserv los control los e se poss vel aument los 03 Alterar a qualidade da gua prejudicar a vida do homem e dos outros seres vivos que dela dependem 04 A qualidade da gua dever ser mantida em n veis adequados s utiliza es previstas e em especial satisfazer as exig ncias da sa de p blica 05 Quando a gua ap s ser utilizada volta ao meio natural n o deve comprometer as utiliza es que dela ser o feitas posteriormente 06 A manuten o de uma cobertura vegetal apropriada de prefer ncia florestal essencial para a conserva o dos recursos h dricos 07 Os recursos h dricos devem ser objecto de um invent rio 08 A eficiente gest o da gua deve ser objecto de planos definidos pelas entidades competentes 09 A salvaguarda da gua implica um esfor o importante de investiga o cient fica de forma o t cnica de especialistas e de informa o p blica 10 A gua um patrim nio co
129. aramento de jusante ap s conclus o apresenta se em degraus consequ ncia da diminui o do comprimento das camadas Estes s o tamb m revestidos com uma face de bet o convencional seguida concorda com os degraus do pr prio maci o e atrav s destes que a gua escoa at uma bacia de dissipa o os degraus servem para o descarregador quando os caudais s o pequenos at 1000m s e pouco frequentes Em caso contr rio o descarregador ser convencional f Galerias com furos de drenagem tal como nas barragens de bet o convencional apresentasse um desenho referente barragem da Gameleira No vale do rio Gameleira em Minas Gerais para uma garganta estreita e rochosa foi projectada uma barragem de terra Na implanta o da obra verificou se que o descarregador obrigava ao desmonte de 4 000 m de rocha muito alterada O corte originaria uma altura de 35m o que inviabilizou a obra devido aos custos incompat veis trazidos pelos muros de suporte com a import ncia da obra A solu o de bet o convencional revelou se muito cara Com o custo da barragem de terra 29 6m de altura apenas se construiria uma barragem de 12 00m e altura A barragem de BCR foi a solu o pois o descarregador ficou inserido no corpo da barragem Durante a constru o verificou se uma interface vertical rocha solo aluvionar na funda o que iria trazer s rios problemas para a barragem de terra em virtude da sua rea de implanta o
130. aredes e a permitir a introdu o de bombas e tubos para extrac o de gua Os di metros dos tubos variam entre 199 e 450 mm Um po o dever ser bem encascalhado e dever haver um anel cil ndrico em torno do filtro Para que o encascalhamento seja perfeito haver um espa o de pelo menos 10 cm entre os filtros e as paredes do po o Um po o mal encascalhado produzir areia mesmo que o cascalho e os filtros estejam bem dimensionados porque surgir o zonas completamente desprotegidas no espa o anelar Embora as bombas actualmente possam aceitar guas com s lidos em suspens o o limite aceit vel de areia bombeada da ordem de 10 g m de gua At profundidade de 200 m os furos podem ser encascalhados sem grandes problemas Mantendo se as dimens es m nimas do espa o anelar o cascalho lan ado de cima por gravidade em pequenos volumes em torno do revestimento Quando se atinge uma altura em torno de 2 m faz se uma acomoda o do cascalho atrav s de um pist o que desce pelo espa o anelar INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 24 2 2 10 Cimenta o dos furos Por raz es t cnicas desmoronamentos ou devido necessidade de se proteger o manancial subterr neo contra futuros problemas de contamina o pode ser exigida a cimenta o dum po o A polui o e contamina o dos mananciais subterr neos um facto e tende a ser maio
131. aria es de vaz es previs o de cheias m ximas f Exame das oscila es de n vel das reas de inunda o g Controlo de eros o atrav s do estudo de caudais m nimos capacidade de aera o e velocidades de escoamento INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 6 h Controlo da eros o atrav s de an lise de frequ ncia de chuvas de grande intensidade e determina o do coeficiente de escoamento superficial 1 Navega o obten o de dados de alturas de gua m ximas e m nimas j Aproveitamentos hidroel ctricos previs o de vaz es m ximas m nimas e verifica o da necessidade de albufeiras para armazenamento de gua k Recrea o e lazer 1 3 Bacia Hidrogr fica As bacias hidrogr ficas s o unidades onde o ciclo hidrol gico pode ser estudado nos seus diferentes aspectos Segundo Viessman a bacia hidrogr fica uma rea definida topograficamente drenada por um curso de gua tal que todo o caudal afluente descarregado atrav s de uma simples sa da A bacia hidrogr fica sempre referida a uma determinada sec o do rio Quando se define genericamente a sec o do rio diz respeito foz A bacia definida em seu per metro por um divisor que separa as guas encaminhando as para os diversos rios O divisor segue por uma linha r gida em torno da bacia atravessando o curso de gua somente no ponto de sa da ou sec o fin
132. as turbinas h preponder ncia de uma ou outra fun o Para se conseguirem velocidades espec ficas cada vez maiores coloca se o rotor a pouca altura sobre a gua de modo a aumentar as velocidades de sa da podendo recuperar se uma grande parte da energia cin tica atrav s do tubo de aspira o Sendo H a dist ncia vertical entre a sa da de gua do rotor e o n vel de jusante chamada de altura est tica de aspira o temos U 2 H h h h s at r t P 2 g em que ha press o atmosf rica no s tio da turbina h press o m nima sa da do rotor h tens o de vapor de gua temperatura t U velocidade da sa da de gua do rotor p rendimento do tubo de aspira o a press o h sa da do rotor n o pode ser nula e muito menos negativa Nas primeiras turbinas a velocidade de sa da era considerada como perdida e a fim de que ela fosse a menor poss vel utilizavam se turbinas de grande di metro e pequeno INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 7 n mero de rota es nestes casos o tubo de aspira o era de sec o constante e o seu rendimento p muito pequeno Com o aperfei oamento do tubo de aspira o e a recupera o da energia que se consegue na parte correspondente velocidade U de sa da do rotor s o admitidas grandes velocidades nas turbinas FRANCIS muito r pidas e nas KAPLAN U chega a ser iguala 0 40 2 g H ou seja
133. at rios em cotas diferentes 18 5 8 5 Sistema por gravidade rreeeeraeeaeeeaeraranaaeaaa 19 5 9 Curvas caracter sticas das bombas centr fugas ii 19 5 10 Tipos de curvas caracter sticas e rrreeeereraneeerareada 20 5 11 Varia o das curvas caracter sticas erre 21 5 12 Ponto de trabalho i a eaaa Sao san aA ENOTES e aTe 22 5 13 Faixa de trabalho das bombas centrifugas 23 5 14 Envelhecimento da tubagem o eeeeeerarare near 23 5 15 Varia es dos n veis de aspira o e de compress o ii 24 5 16 Selec o das bombas iigiin ieoor at 25 5 17 Associa o de bombas centrifugas erre 25 5 17 1 BombasS em paralelO str terit AATE 25 5 18 Bombas Eny S rie si rral parar dao miafe na desarmar agoda 26 5 19 Associa o de bombas rendimentos iiereeseeereereaa 27 5 19 1 Bombas em paralelo seeeeeeeeeeeeeeeeseeseeesreesssrrerssrrersrersssreessseerresssrrerset 27 5 19 2 Bombas em s rie e e aana eri a de ianei 28 9 20 BOOSTERS peoien errea A a aea e A e a T e eatae 28 5 20 1 Associa o de BOOSTERS s essesseesesseesrersssrrertsssrrerssrresserrresreesssrress eset 30 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 5 0 Turbom quinas hidr ulicas As condutas por gravidade s o
134. atr s Quando a manobra r pida a sobrepress o distribui se conforme o seguinte diagrama ssa JOUKOWSKY Uo velocidade m dia da gua a celeridade g for a da gravidade Quando a manobra lenta t gt 2L pode aplicar se a f rmula de MICHAUD que a d valores aproximados desde que haja varia o linear de velocidade nas manobras eU u g t h max sendo hmar sobrepress o ou acr scimo da press o m c a Uo velocidade m dia da gua m s a celeridade m s 2xL u per odo da tubagem fi S a INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 7 t tempo de manobra s Substituindo vem ESA MICHAUD gt h max Ao longo da tubagem o acr scimo da press o distribuindo se de acordo com o seguinte diagrama y 2 L U h MICHAUD gt A B A f rmula de MICHAUD d valores maiores do que os verificados experimentalmente mas aplicada na pr tica por se situar no lado da seguran a O fen meno do golpe de ar ete extremamente complexo e o seu estudo depende de muitas condi es e in meras vari veis Na f rmula de MICHAUD s o feitas algumas simplifica es Al m de MICHAUD existem outras teorias e f rmulas das quais destacamos a de SPARRE de JOHNSON teoria inel stica de ALLIEVI de GIBSON de QUICK teoria el stica SPARRE RR 1 max if L dali Ro 2 g
135. att N Ei 9810 98 KN m 1000 Mas como h uma pot ncia fornecida ao eixo da bomba P aparece nos o P z rendimento da bomba n e ent o ser a 0 H paf Q m CV n 136 H ZAT q n x 1000 O rendimento aumenta com o tamanho da bomba grandes caudais e com a press o Segundo Lencastre citam se alguns valores de n Alta Press o L n n os 07 053 os os4 ose 090 091 Quadro 5 4 1 Rendimentos de bombas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 7 DO Pe a N dedi metros Redu o gradul 6 O V lvula de adufa aberta 8 Quadro 5 4 2 Perdas de cargas localizadas m todo dos comprimentos virtuais F rmula de HAZEN WILLIAMS perda de carga unit ria 10 641 Q z c5 Pe m m Valores correntes de C Ferro Fundido C 120 Pl stico C 130 Cimento amianto C 130 valor m dio usado C 100 0 5 4 87 D j 0 00212 m m 5 5 Di metros econ micos y Q H Pela an lise da f rmula P gt verifica se que o dimensionamento de 7 um sistema de eleva o um problema hidr ulico indeterminado Os di metros s o grandes ao fazer se uma bombagem com velocidades de escoamento muito baixas o que implica custos elevados com tubagem e menores custos com as bombas e energia uma vez que se diminui a altura manom trica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE D
136. base Tp T D T T De acordo com os princ pios 1 e 2 os hidrogramas que prov m de chuvas uniformes com a mesma dura o ter o o mesmo tempo de base e os caudais ser o proporcionais s intensidades das chuvas e correspondente aos respectivos escoamentos A experi ncia mostra que se a dura o da chuva T for suficientemente inferior ao T podemos aplicar estes princ pios para casos de chuvas n o uniformes mas semelhantes ou seja com a mesma distribui o no tempo e no espa o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 56 Na pr tica costuma se fazer D T 5 As chuvas com tempo D s o chamadas chuvas unit rias O escoamento num hidrograma unit rio corresponde ao volume gerado por uma l mina de gua de 10 mm de espessura uniformemente distribu da sobre toda a bacia para uma chuva unit ria de dura o D No hidrograma de escoamento superficial a rea sob a curva representa o volume total escoado V 0 Como a chuva considerada uniformemente distribu da sobre a bacia hidrogr fica de rea A a altura da l mina de gua ser ARRS La loa Na pr tica atribui se a Ot o valor em que a varia o do caudal possa ser linear e fica pes 5 Q At A So ou seja ns rea do hidrograma rea da bacia em que At per odo de tempo decorrido entre duas observa es de vaz o o qual deve ser constante no hidrograma Q vaz o medida no pe
137. binas de reac o a paca vaseiacas ana nnniao ota sataas 6 5 Tubo de aspira o difusor 6 5 1 Tipos de tubos de aspira o i iss 6 6 Campos de aplica o das turbinas c i 6 6 1 Velocidade Especifica cesspasssiaoaa uas eo pucorssannaas to eis is st aaa 6 6 2 Altura de queda e caudais ii eis 6 7 Rendimento das turbinas ie 6 8 Aproveitamentos hidroel ctricos seee 6 8 1 Central a fio de gua usas ma srentaenita nada cena tdi rira sediada 6 8 2 Central com acumula o ou armazenamento 6 8 3 Central por armazenamento por bombagem 6 8 4 Central COM TEVCLS O sata spas nais fede sata liis altas a 6 9 Energia e Pot ncia Conceitos siil 6 9 1 Pot ncia de uma central sagas paes mesada saradas 6 10 Equipamentos el ctricos ie INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE VI i UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VL 6 Hist ria M quina hidr ulica todo o aparelho destinado a transformar em trabalho mec nico a energia hidr ulica isto a energia gerada por um gradiente hidr ulico queda de gua Quando a gua opera por choque temos um carneiro hidr ulico Quando a gua age directamente sobre certas pe as solid rias com um eixo determinando movimento de rota o estamos na presen a de uma ro
138. bre o seu pr prio eixo abre um furo circular O curso do balancim d a altura de queda do conjunto e tem 3 ou 4 pontos de regula o A opera o de subida e descida determina a frequ ncia da m quina que pode atingir entre 40 a 60 vezes por minuto Cada rocha apresenta problemas espec ficos de perfura o Nos granitos gnaisses basaltos calc rios e arenitos a perfura o dificultada pela exist ncia de planos inclinados de fracturas ou de cavernas provenientes de dissolu o Neste caso ter que se ajustar a melhor velocidade o curso ideal e utilizar um tr pano adequado para as fun es de penetra o e alargamento Em rochas moles tipo argilas xistos ou calc rios argilosos as fun es principais do tr pano s o as de esmagamento alargamento e mistura Uma boa mistura de INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 2 material triturado importante e para isso a canaleta de circula o da gua deve ser de boas dimens es Quando a concha de limpeza n o consegue recolher os fragmentos do material profundo sinal de ocorr ncia de fendas que tamb m provoca pris es e pux es no cabo de perfura o A xistosidade tamb m provoca pris es e desvios na perfura o Para remediar estas dificuldades costuma colocar se madeira dura pedras ou peda os de ferro dentro do po o um metro acima da regi o onde se detectou a fenda Nas forma e
139. caracterizado por A profundidade a sec o molhada a velocidade m dia e o caudal s o constantes ao longo do canal A linha de carga a superf cie livre e o fundo do canal s o paralelos Em canais naturais rios raramente ocorre o movimento uniforme mas costuma admitir se em c lculos para fins pr ticos O movimento uniforme verifica se ap s uma zona de transi o que coincide com a zona de entrada no canal Igualmente na parte final onde h mudan a de declividade ou sec o verifica se uma zona de transi o onde o movimento n o uniforme Os comprimentos das zonas de transi o dependem do caudal e da declividade ou sec o Se n o se verificar um comprimento suficiente n o haver movimento uniforme Denomina se profundidade normal y a profundidade de escoamento no movimento uniforme INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 16 9 14 Perda de carga em canais A perda de carga Z entre duas sec es do canal distando de um comprimento L entre si expressa por I H s H sendo H e H as cotas das duas sec es 1 Datum q Figura 9 14 1 2 2 r 2en di 20m U 2 g 2 g mas no movimento uniforme y y e U U ent o I 2z Z A perda de carga unit ria Z Z EBLE L L Em pequenas declividades 0 lt 5 como o caso dos canais o valor da declividade do fundo confunde se
140. com o numero de Froude F referido sec o 1 de montante Y2 y isr 9 9 31 Altura e comprimento do ressalto hidr ulico A altura do ressalto hidr ulico pode ser Yr YVI ya O comprimento do ressalto hidr ulico definido por muitos investigadores USBR United States Bureau of Reclamation Lr 6 9 y SAFRANES Lr 5 2 y SMETANA Lr 6 05 y INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 49 9 32 Dissipa o da energia Em escoamentos em regime supercritico necess rio prevenir meios para dissipar a energia existente em tais escoamentos A gua acima de determinadas velocidades provoca um desgaste r pido das estruturas atrav s da abras o eros o e impacto Estas for as destruidoras aparecem nos descarregadores de barragens no final de adutoras etc Nenhum escoamento mesmo aqueles em regime subcritico pode ser abandonado sob pena de provocar eros es Existem v rias estruturas que dissipam a energia 9 32 1 Blocos de impacto S o muito usados no final de tubagens e consistem na coloca o de vigas de bet o em frente da tubagem fazendo com que o escoamento choque com o bloco passando a gua por baixo j amortecida e sem press o Figura 9 32 1 9 32 2 Salto de sky concha de lan amento ou flip bucket S o usados nos descarregadores de barragens no final dos canais r
141. da caso dos canais artificiais podem ser matematicamente expressos pelas suas dimens es e profundidade da gua Para as sec es irregulares como a dos canais naturais n o f cil o c lculo e usam se curvas para representar as rela es entre as dimens es dos canais e respectivas profundidades A profundidade y do escoamento a distancia entre o ponto mais baixo da sec o do si Ma Figura 9 5 1 canal e a superf cie livre B largura da superf cie livre ou largura da boca b largura de fundo ou rasto A rea molhada da sec o transversal perpendicular direc o do escoamento ocupada pela gua INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 5 P per metro molhado o comprimento da linha de contorno da rea molhada R raio hidr ulico o quociente entre a rea molhada e o per metro molhado R WES Um canal prism tico quando a sec o transversal se mant m invari vel em toda a sua extens o 9 6 Varia o da press o na sec o transversal Os di metros dos tubos em regime press o s o pequenos quando comparados com as respectivas alturas piezometricas A diferen a de press o entre os pontos superior e inferior da sec o pequena e dispensada na pr tica J nos canais a diferen a de press es entre a superf cie livre e o fundo numa sec o qualquer n o pode ser desprezada A dis
142. da hidr ulica Numa roda hidr ulica a gua produz directamente o movimento de rota o agindo sobre as paredes dos recipientes chamado cubos ou sobre superf cies planas ou curvas chamadas p s palhetas ou penas Em algumas m quinas a guas perde o seu movimento relativo ficando em repouso relativamente roda ou seja fica com a velocidade desta Neste caso a gua sai da roda pela mesma regi o por onde entrou S o assim as rodas hidr ulicas muito usadas durante s culos Noutras m quinas a gua conserva o seu movimento relativo entrando por uma regi o da roda e saindo por outra s o as turbina hidr ulicas A diferen a fundamental entre roda e turbina que na primeira a gua perde o seu movimento relativo e na segunda conserva o Na turbina o caudal e queda podem variar sem altera o significativa no rendimento desta desde que permane a constante o produto Q x H ao passo que nas rodas isso n o se verifica A roda hidr ulica s pode aproveitar uma pequena altura de queda geralmente o di metro da pr pria roda Nas rodas hidr ulicas umas vezes utiliza se a energia da gua atrav s do seu peso como nas figuras que se seguem Outras vezes utiliza se a energia cin tica da gua como nas figuras abaixo 6 2 Velocidade espec fica conceito A velocidade perif rica no rotor da turbina proporcional ao respectivo di metro e ao n mero de rota es n por minuto e u K D n INSTITUTO SUPERIOR DE ENG
143. das com a altura Em qualquer tempo pode se altear a barragem Estado da arte do BCR O BCR tem as mesmas tend ncias das propriedades significativas do bet o convencional O BCR possui um teor de gua menor que o do bet o convencional e menor teor de pasta As an lises de estabilidade tombamento deslizamento para uma barragem de BCR s o iguais s que se afectam para as barragens de bet o convencional O consumo de cimento do BCR situa se volta de 70kg m de bet o Uma desvantagem do BCR que tem o principal motivo de controv rsias a elevada percola o que pode ocorrer atrav s das camadas horizontais de bet o Percola es e infiltra es preocupantes ocurreram nas barragens de 1 e 2 gera es embora n o tenham afectado a seguran a Actualmente afim de se minimizar as infiltra es usam se as seguintes t cnicas a Compacta o em camadas cuja altura varia de 0 30 a 0 70m com cilindros vibrat rios lisos de peso est tico superior a 15t INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 11 b As camadas s o inclinadas subindo para montante em cerca de 1 a 2 c O paramento de montante normalmente vertical revestido com uma face de bet o convencional vibrado com aditivos para lhe conferir maior impermeabilidade A seguir face colocado um selo de bet o convencional com 3m de comprimento e espessura de 5cm d O p
144. das e de igual dura o qualquer que seja o volume escoado 2 princ pio Proporcionalidade dos caudais ou princ pio de afinidade Tempo h Chuva h2 h1 V Q ho Vo Q32 h altura da chuva V volume Caudal Q caudal Tempo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 55 Uma altura unit ria h produz o escoamento directo V outra chuva unit ria h2 origina o escoamento Vz Pelos hidrogramas se deduz que h uma afinidade entre V e V2 em rela o ao tempo e tamb m entre quaisquer ordenadas como por exemplo os pontos A e Az referentes ao tempo T Deste modo conhecendo se o HU para uma determinada dura o D chuva unit ria pode se determinar o hidrograma para uma outra chuva de intensidade diferente mas com a mesma dura o 3 princ pio Princ pio da aditividade ou interdepend ncia dos caudais simult neos O tempo de escoamento directo de uma determinada chuva n o depende do escoamento directo provocado por uma chuva anterior Tempo Chuva Caudal E e O hidrograma total obtido somando as ordenadas dos hidrogramas parciais que Tempo correspondem a cada uma das chuvas 1 9 8 Chuva Unit ria e Hidrograma Unit rio Se considerarmos D a chuva til que se sup e uniforme no tempo e no espa o caindo sobre uma bacia cujo tempo de concentra o T temos que o tempo
145. de constante e que a gravidade a nica for a que actua verticalmente na l mina de gua que est escoando Num intervalo de tempo t a part cula de gua que passa na soleira do descarregador percorre uma determinada dist ncia horizontal x x U t cos a sendo Uo velocidade inicial no ponto O velocidade de chegada a ngulo de UO com a horizontal tangente soleira No mesmo intervalo de tempo t a part cula percorrer a distancia vertical y devido ac o da gravidade y 5 88 Ugetesinla yo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 44 y YO be 1 x Upt cos e p e Uotsenla t Figura 9 27 1 em que y a dist ncia vertical entre a soleira do descarregados e o ponto mais alto da face inferior da lamina que escoa Eliminando t entre as duas equa es e achando o valor de y obtem se 2 ai f dd Le ad sen o da U cos a U cos a Ei dividindo por Ho 2 H l E E E tan a 2 gt H 2 Ui cos a LH H H e considerando 2 s H 2 U2 cos a B tan a c 0 H INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 45 que a equa o te rica da curva descrita pela part cula isto a curva da face inferior da l mina de gua que escoa atrav s do descarregador Para descargas de gr
146. de a sec o plena Qp vaz o a sec o plana 2 Sec o D 0 782 ime Es 9 C Ex i en b Oz 2 ac eos 4 2 3 B Dam graus QAYS nad Arad 87 2557 qans Eoo DO D O sm fe Eus 4 c H njo ols INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 23 9 17 Sec es de m xima efici ncia Um conduto de m xima efici ncia quando o caudal m ximo para uma determinada rea e declividade Na f rmula de Manning ERRO Susa 2 R gt i n Q A U A que pela defini o de raio hidr ulico ser 5 Aa E nO m Q Por esta express o se verifica que para a declividade a rea molhada e rugosidade constantes o caudal ser m ximo quando o per metro molhado for m nimo 9 17 1 Sec o circular Figura 9 17 1 1 Nesta sec o valem as rela es geom tricas N A 0 sin 0 DdD O pa 2 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 24 R 2 fi P9 4 0 D o D 3 y 1 y 1 cos 2 2 0 2 2 0 2 arecos 1 2 2 D B D sil 5 2 1 com 0 em radianos Sendo O e D vari veis e igualando os D das duas primeiras rela es obt m se o Pn em fun o de A e 0 p A 0 2 0 sin O A sec o de m xima efici ncia aquela onde o per metro m
147. de altura e 2 40 4 80m de di metro motivo por que s o necess rias estruturas especiais para a sua montagem Para a transmiss o da energia s o necess rios os transformadores Um transformador consta de um n cleo de ferro em torno do qual se enrolam duas bobinas a prim ria ligada ponta de energia gerador e a secund ria ligada ao circuito receptor linha de transmiss o Todo o conjunto mergulhado em leo que funciona com isolante el ctrico e como meio de refrigera o A fun o dos transformadores de elevar a voltagem para a transmiss o de energia A transmiss o de energia el ctrica em altas voltagens reduz as perdas e possibilita o uso de condutores mais finos nas linhas de transmiss o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO VII CHOQUE HIDR ULICO GOLPE DE ARIETE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Davide Santos Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII i NDICE 1 1 Golpededriete cenn eaea sa o RE EEA 1 7 2 Classifica o das manobras de fechamento o 5 7 2 2 Equival ncia de UDADENS altas pacata nata ta dan GI Ta OS Sto 7 7 4 Golpe de ar ete em linhas de compress o 8 7 5 Medidas que atenuam o golpe de ar ete ci 9 nO Velocidade na Dacia a VE E a aaa a iais 9 el AS COCIO
148. de transi o entre a montanha e a plan cie no ter o m dio dos rios Os vales chegam a ser muito abertos com ombreiras suaves Existem barragens com mais de 3km de extens o e h barragens de terra com mais de 200m de altura A grande vantagem das barragens de terra sobre as outras que podem ser constru das sobre qualquer tipo de funda o As barragens de terra s o relativamente baratas e n o exigem pessoal muito especializado A constru o costuma absorver a m o de obra local um dos recursos que os governos lan am m o quando uma regi o afectada por secas e h necessidade de ocupar milhares de pessoas que normalmente trabalham na agricultura Tipos de barragens de terra H tr s tipos principais de barragens de terra de acordo com os solos utilizados de constru o a Barragem de aterro homog neo b Barragem zonada INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII I4 c Barragem com n cleo Barragem de aterro homog neo utilizado somente um nico tipo de solo As partes principais de uma barragem deste tipo s o a Aterro propriamente dito cujos taludes t m inclina es que constam dos quadros a seguir entendendo se por esvaziamento brusco ou r pido o que apresenta velocidades m nimas de descida de n vel de 15cm por dia b Filtro ou dreno vertical ou inclinado constitu do por areia seleccionada de granulometria adequ
149. dentada para facilitar a penetra o Ap s a perfura o colocado o revestimento definitivo que pode ser um tubo de a o galvanizado ou PVC r gido Na extremidade colocado um filtro Entre os tubos do revestimento provis rio e do definitivo colocado cascalho de granulometria adequada que dever ficar pelo menos um metro acima do n vel fre tico Em cima deste cascalho feita uma cinta de argila com 2 cm de espessura qual se segue o enchimento com pasta de argamassa medida que o espa o anelar vai sendo preenchido com cascalho ou com argamassa vai sendo retirado o tubo que constitui o revestimento provis rio O po o perfurado a trado pode ser desenvolvido ou seja melhorado por meio de um compressor 2 2 8 5 Furos perfurados com jacto de gua S o furos rasos As part culas de solo s o desalojadas por meio de um jacto de gua de alta press o Este tipo de perfura o s recomend vel para solos brandos arenosos ou silto arenosos Quando as forma es s o mais duras usa se o m todo de perfura o a trado Este m todo requer muita gua durante a perfura o o que limita bastante o seu uso O procedimento para perfura o o seguinte com um trado faz se um furo e assenta se o revestimento provis rio dentro deste coloca se um tubo com um tr pano na ponta que est ligado mangueira de press o e esta bomba Com a bomba ligada crava se o trepano com o auxilio do jacto de gu
150. dimento da bomba sempre menor do que 1 U rendimento do motor ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA NUCLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV 4 4 3 Di metro econ mico num conjunto elevat rio Observando a f rmula atr s que nos d a pot ncia do conjunto elevat rio verifica se que o dimensionamento de uma tubagem de compress o hidraulicamente indeterminado Se a eleva o for feita com velocidades baixas origina di metros grandes portanto custos elevados Di metros menores originam velocidades mais altas mas provocam grandes perdas de carga Isto v se pelo gr fico mostrado abaixo Custo N I Custo da Custo tubagem minimo Il Custo do A sistema elevat rio E p Di metro Di metro escolhido Figura 4 3 1 A curva III a soma das curvas I e II e por ela se verifica que h um custo m nimo para um determinado di metro Existem v rias f rmulas baseadas em custos para pr dimensionar os di metros das tubagens A formula mais conhecida a de BRESSE D k JQ sendo D di metro em m Q caudal a elevar em m3 s k coeficiente que depende da velocidade ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA NUCLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV 5 Quadro 11 3 1 Em ess ncia ao escolher se o k estamos a fixar a velocidade A velocidade m dia dos sistemas situa se entre 0 6 e 2 4 m
151. do c lculo das velocidades do escoamento superficial na rede hidrogr fica da bacia que para isso dividida em tro os homog neos na zona das cabeceiras onde o escoamento difuso pode aplicar se com certos crit rios a tabela de RAMSER ou aplicar se as f rmulas de IZZARD Nos tro os onde o escoamento definido guas sujeitas atrav s de um canal de escoamento talvegue pode se utilizar as f rmulas de escoamento em regime livre uniforme f rmula de Manning Elaborada pelo SCS Soil Conservation Service existe um baco que nos fornece as velocidades de escoamento superficial para diversos declives e coberturas 1 9 Medi o de Caudais S o v rios os m todos utilizados na medi o de caudais desde os muitos sofisticados em grandes rios utilizando medidores electr nicos at aos mais simples em pequenos c rregos Vale referir que dados de caudais de pequenos rios s o raros mesmo em pa ses avan ados De facto ningu m se preocupa com pequenas vaz es devido ao pouco valor econ mico INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 43 As esta es de medi o situam se nos grandes rios com fins de se obterem dados para aproveitamentos hidroel ctricos Quando se desejam medir caudais em pequenos rios usam se estruturas destinadas a serem galgadas pelas guas os chamados descarregadores Estes podem ser agrupados em dois tipos soleira delgad
152. do rio principal 1 3 7 1 Inclina o M dia das Vertentes da Bacia A magnitude dos picos da enchente a maior ou menor oportunidade de infiltra o e susceptibilidade para eros o dos solos dependem da rapidez com que ocorre o escoamento sobre terrenos da bacia Um dos m todos para determinar a declividade de uma bacia o das quadr culas associadas a um vector Este m todo consiste em determinar a distribui o percentual das declividades dos terrenos por meio de uma amostragem estat stica de declividades normais s curvas de n vel em um grande n mero de pontos da bacia Estes pontos s o localizados num mapa topogr fico da bacia por meio de uma quadr cula transparente que se coloca em cima do mapa Um processo mais rigoroso para se determinar a declividade m dia de uma bacia consiste no seguinte exemplo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 14 a rea da faixa a b c d c comprimento da curva de n vel da cota 75 e largura m dia da faixa a bc d PA a C i declividade m dia da faixa a b c d I declividade m dia da bacia hidrogr fica D equidist ncia entre curvas de n vel 5 m A rea total da bacia hidrogr fica L comprimento total das curvas de n vel D De L ei a Considerando a m dia ponderada das declividades em rela o s reas Dic a p De a en RC a a A n I a A a A D
153. e a produtividade grande A escava o f cil e os materiais de revestimento s o abundantes em qualquer regi o F cil manuten o devido profundidade e ao grande di metro s o f cilmente visit veis e de f cil manuten o Desvantagens dos furos escavados Polui o contamina o a pequena profundidade do len ol fre tico torna o vulner vel polui o atrav s de outras guas superficiais ou de guas de fossas Por estes motivos um po o escavado dever ser localizado tanto quanto poss vel o mais longe de habita es ou de currais O po o dever ter a cabe a muito acima do terreno e ser devidamente protegido com muros ou cercas per metros de protec o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 16 Mapa piezom trico No caso de um po o se situar pr ximo de cidades ou povoados ao iniciar se a localiza o dever haver cuidado para que o local escolhido n o constitua um ponto baixo onde possam afluir os len is fre ticos contaminados dos centros urbanos Tratamento Caso haja suspeitas de contamina o e isso pode ser comprovado atrav s de analise da gua dever fazer se um tratamento cujo rigor ser em fun o dos fins para que se destina a gua Desenvolvimento Nestes furos devido condi o de aqu fero livre n o h condi es de se efectuar qualquer desenvolvimento com vistas m
154. e abre o projecto A capacidade de acumula o o factor mais importante A barragem dever ter o menor volume poss vel em corpo e acumular o maior volume poss vel em gua por isso que a escolha do local muito importante O s tio da barragem dever ser onde o rio estreita ap s um vale bem aberto e onde o talvegue apresenta fraca inclina o inferior a 1 Para se determinar o volume de acumula o ter que se fazer um levantamento topogr fico Para pequenas barragens reas inundadas at 500ha pode fazer se um levantamento topogr fico cl ssico nas escalas 1 2000 a 1 10 000 com curvas de n vel de 1 em Im ou de 5 em 5m Para reas inundadas maiores acima de 500ha deve recorrer se aerotopogrametria Para se calcular o volume de acumula o h v rios processos Na planta obtida por processos topogr ficos medem se a plan metro as reas referentes a cada curva de n vel Se a equidist ncia entre curva de n vel for pequena por exemplo 1 ou 2m n o haver grande erro se calcularmos o volume atrav s do somat rio dos volumes parciais entre duas curvas de n vel A A V gt E h sendo h equidist ncia entre curvas de n vel A rea da curva de n vel I Ai rea da curva de n vel imediatamente a seguir Se a equidist ncia for grande 5m por exemplo melhor aplica se a seguinte f rmula h V l A AA sendo h equidist ncia entre curvas de n vel INSTITUTO SUPERIOR
155. e n 1 A Direc o Geral dos Recursos e Aproveitamentos Hidr ulicos utiliza a seguinte classifica o Bacia 1 Sub Bacia 3 Bacia 2 Sub Bacia 4 Sub Bacia 1 MAR 5 30 1 3 5 Densidade de Drenagem a rela o entre o comprimento total dos cursos de gua sejam perenes intermitentes ou ef meros de uma bacia e a sua rea total Di L A Sendo L Comprimento total dos cursos de gua A rea da bacia km INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 13 Exprime se em km km e varia de 0 5 km km para bacias com drenagem pobre a 3 5 km km para bacias bem drenadas 1 3 6 Sinuosidade do Curso de gua S a rela o entre o comprimento do rio principal E e o comprimento da directriz L A sinuosidade uma caracter stica que controla a velocidade do rio S E L Sendo E estir o comprimento efectivo ou desenvolvimento do rio E L comprimento do rio segundo uma directriz m Uma sinuosidade igual unidade significa que o rio tem um tra ado rectil neo 1 3 7 Relevo da Bacia A velocidade do escoamento superficial determinada pela declividade do terreno e por isso o relevo tem grande influ ncia sobre os factores hidrol gicos A temperatura precipita o e evapora o s o fun o da altitude da bacia As principais caracter sticas de uma bacia s o a declividade da bacia a altitude m dia e a declividade
156. e o volume total precipitado na bacia hidrogr fica Exprime se por C ou C e adimensional N vel de gua altura atingida pela gua na sec o em rela o a uma determinada refer ncia Nas inunda es diz respeito ao n vel m ximo 1 8 2 Factores que Influem no Defl vio 1 8 2 1 Climatol gicos a vapor de gua existente na atmosfera b temperaturas ventos press o atmosf rica INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 37 1 8 2 2 Fisiogr ficos a rea da bacia hidrogr fica b topografia da bacia c geologia d vegeta o e capacidade de infiltra o 1 8 2 3 Antr picos a irriga o e drenagem de terras b canaliza o ou rectifica o de rios c deriva o da gua d barragens ou diques e uso do solo f desfloresta o 1 8 3 Tempo de Concentra o Conceito Segundo Ven Te Chow o tempo gasto pela gota de chuva para deslocar se do ponto mais afastado da bacia at sa da O Tempo de Concentra o medido ao longo da linha de gua principal desde a sa da da bacia sec o em estudo at s cabeceiras desta em linha recta at ao ponto mais afastado O Bureau of Reclamation dos E U A define T como o tempo necess rio para hidraulicamente a gua se deslocar desde o ponto mais distante da bacia at sec o em estudo Em pequenas bacias o T o tempo ap s o qual todos os
157. e terra da era contempor nea possu am n cleo de bet o ou alvenaria que a experi ncia revelou n o ser uma boa solu o dada a incompatibilidade por envolver fen menos de percola o entre o bet o e os solos especialmente os da funda o O n cleo de bet o constitui uma anisotropia perniciosa para o aterro de solos O material do n cleo passou ent o a ser solo argiloso O conceito de n cleo feito de bet o est praticamente posto de lado desde que apareceram as barragens zonadas Barragens de enrocamento A primeira barragem de enrocamento foi constru da na Calif rnia na Sierra Nevada em 1850 para atender demanda de gua nos garimpos e minera es Naquela regi o n o havia solos para construir barragens de terra como era comum nas minera es de ouro A abund ncia de rochas rvores e explosivos levou adop o de uma nova t cnica que rapidamente se lastrou por todo o mundo Existem hoje milhares de barragens de enrocamento A barragem de Paradela em Portugal tem 110m de altura Uma barragem de enrocamento um maci o formado por fragmentos de rocha compactados em camadas cujo peso e imbrica o colocaram entre si a estabilidade do corpo submetido ao impulso hidrost tico A impermeabiliza o conseguida atrav s de duas maneiras a N cleo argiloso compactado que pode ser vertical ou inclinado b Face imperme vel estanque sobre o talude de montante Esta face pode ser de bet o asfalt
158. e transmissibilidade quantidade de gua que o aqu fero pode produzir atrav s de uma sec o vertical de altura igual espessura do aqu fero quando o gradiente hidr ulico a unidade caudal especifico quociente do caudal Q pelo rebaixamento do po o s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 14 O caudal especifico d nos o rendimento do aqu fero e diminui com o tempo de bombagem Quando o caudal especifico diminui abaixo do seu rendimento sugere a ocorr ncia de anomalias no po o 2 2 8 Escava o de furos Para utiliza o da gua subterr nea existem os mais diversos tipos de furos Quanto profundidade os furos podem ser a Rasos quando a profundidade n o excede os 30 m b Profundos profundidade superior a 30 m Quanto ao m todo de perfura o a Escavados b Radiais c Cravados ou ponteiras d perfurados a trado e perfurados com jacto de gua f tubulares profundos 2 2 8 1 Furos escavados S o furos de grande di metro 1 0 a 5 0 m com profundidade variando de 3 a 20 metros S o constru dos para captar a gua de aqu feros livres em terrenos arenosos ou com muito cascalho Estes furos produzem sempre um apreci vel volume de gua S o conhecidos em Angola cacimbas e no Brasil como furos Amazonas Est o sujeitos a f cil polui o devido ao facto do n vel fre tico estar muito pr ximo da superf cie do s
159. ectida de R para B e atr s desta onda a tubagem retorna s sua dimens es normais e a densidade da gua volta ao seu valor primitivo 9 a 13 atingindo a v lvula fechada B a onda reflecte se e propaga se outra vez at ao reservat rio e a velocidade passa de zero para Uo Atr s da onda o tubo contra se a densidade da gua diminui e a velocidade nula A press o fica inferior inicial Ho e verifica se uma depress o Em 13 ao atingir a sec o A a press o no interior do tubo menor do que Ho h instabilidade no sistema 13 a 17 a gua come a a fluir do reservat rio para a tubagem em velocidade U os tubos voltam a adquirir a sus sec o normal a densidade da gua retorna ao valor primitivo Chega se assim s condi es iniciais quando se fechou a v lvula Se esta continuar fechada vai repetir se um novo ciclo Se n o houvesse atrito rugosidade nas paredes do tubo e energia cedida ao reservat rio a repeti o dos ciclos n o sofreria interrup o Chama se per odo de tubagem tempo de reflex o ou per odo cr tico o tempo necess rio para a onda de press o ir da v lvula ao reservat rio e retornar AL a H 1 a 9 sendo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 5 em que u per odo da tubagem L Comprimento da tubagem m a Velocidade de propaga o da onda celeridade m s A celeridade calcula se pela
160. edo Joana 47 1 9 4 2 F rmula de Ture aseessssipsansaissenagaissataguastado iara na 48 1 9 4 3 F rmulas regionais a aii eo Pad e qa ei 48 1 9 5 C lculo de Caudais atrav s de Dados de Chuvas 50 10 51 F rmula Racional asseio IS a Aa Ra SAT SE 50 1 9 6 Hidrograma ou Hidr grafa ee eeerrereranaa 51 1 9 7 Hadrogrania Unit rio pesar sia ds ssa rd 53 1 9 8 Chuva Unit ria e Hidrograma Unit rio 55 1 9 9 Hidrograma Unit rio Triangular HUT 56 1 9 10 F rmulas Emp ricas para o C lculo de Caudais de M xima Cheia 63 19 11 F rmulas CinemAtCaS aaa ni AS a 64 1 9 11 1 F rmula Racional sei sondas ao pias ESA oia Td SU ER 64 1 9 11 2 F rmula de MARTINO ssa ssa 65 1 9 11 3 F rmula de MOCKUS n seeeeeeseeeeseessssesseerssresserrssressseesseersssee 66 1941 4 F rmulgide GIANDO TIL assis Ri 67 1 9 11 5 F rmula do Loureiro sso ass sansstepsssos Selhas ssa dasa ses LlzasTseGa spas Pa llaaaSo 68 1 913 M todos Estat stico Sianas a dal sia ci gaia 12 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA LI 1 HIDROLOGIA DE SUPERFICIE Os rios s o nossos irm os eles saciam nossa sede Os rios transportam nossas canoas e alimentam nossas crian as Se lhes vendermos nossa terra voc s devem lembrar se de ensinar s crian as que os rios s o nossos irm os e vossos tamb m e devem daqui em diante d
161. ela altura de aspira o e de compress o maiores Tra am se depois as curvas caracter sticas da tubagem referentes s duas situa es obtendo se os pontos Q e O INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 25 Para a maior altura manom trica a bomba fornece caudal menor Q2 O ponto Q corresponde ao maior caudal e menor altura 5 16 Selec o das bombas Para escolha de uma bomba deve se conhecer o caudal e altura manom trica em primeiro lugar O primeiro passo ser consultar os gr ficos de selec o relativos linha de produ o de cada fabricante Estes gr ficos s o diagramas cartesianos que especificam o campo de cada uma das bombas pertencentes a uma s rie do mesmo tipo Escolhida a bomba no gr fico de selec o procura se no cat logo a respectiva curva caracter stica que fornece o di metro do rotor o rendimento e outros dados teis 5 17 Associa o de bombas centrifugas V rias s o as raz es que levam necessidade de fazer associa o de bombas a Quando o caudal muito grande e no mercado n o existem bombas capazes de atender demanda pretendida b Aumento do caudal no tempo c Inexist ncia de bombas capazes de vencer uma grande altura manom trica As duas primeiras al neas d o origem associa o em paralelo que consiste em fazer duas ou mais bombas elevarem a gua numa nica linha ou seja cada uma bombei
162. elhoria do caudal 2 2 8 2 Furos radiais Pode afirmar se que estes furos s o derivados dos furos escavados mas melhor desenvolvidos S o tamb m conhecidos por colectores horizontais devido exist ncia de drenos radiais O po o radial consta de a po o colector com di metro entre 3 a 5 metros e profundidade relativamente pequena at 10 metros b filtros radiais ou drenos radiais A constru o ou perfura o pode ser manual ou mec nica A abertura destes furos apresenta sempre grande dificuldades devido abund ncia de gua Para facilitar o trabalho tem que se usar bombagem eficiente geralmente bombas de alta suc o ou lama benton tica O revestimento pode ser feito com manilhas de bet o ou com an is de a o que s o acoplados medida que se prossegue com a perfura o Quando termina a perfura o em profundidade onde o caudal abundante procede se limpeza e consolida o do fundo e depois coloca o dos drenos filtrantes Os drenos podem ser colocados por crava o a extremidade ter que ser pontiaguda com as extremidades enroscadas medida que se avan a ou com jacto de INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA H 17 gua isto faz se um revestimento provis rio colocam se dentro os filtros e extrai se o revestimento com a ajuda de macacos hidr ulicos Vantagens dos furos radiais Ao contr rio dos furos e
163. elocidades de Projecto nsr posso pagasse i a n A Pesados N e ad 31 9 19 Sec oes EUAS s a a E Aa E cotada A TEE i 34 9 20 Sec es com rugosidades diferentes e reeeeeeraeereaeerearaneaeaaa 34 9 21 Sec es de concord ncia crenianeL co E ue e abra Aa ana nin an ana doe Ure Ea ei Lupa das epa ana sul a lada 35 9 22 Curvas horizontais nonen ensis SALSA EL a So STAN ER TAGS a ACORDO SST O Ca 35 9 23 Movimento gradualmente variado erereeaneaneraarancareanaanaaea 36 9 24 Formas da superf cie liquida e rear neeeaeearaanaaraaaneaerranaaeana 37 9 25 Determina o do perfil da gua e ereeaeeeeaeaanea rear neaeranaaneaa 40 9 26 Movimento bruscamente variado ce rreaeerearaa ce nearaaaneaeranaanaena 43 9 27 Descarregadores de soleira delgada e ereeeeeeeareraneereananaaeaaa 43 9 28 Descarregadores de soleira espessa n ir rrreeererneerearenancaerananeaeaaa 45 9 29 Ressalto hidr ulico 2 2 risisssetena crente cubos Condes onto ndei ELOS e aU E SCE Ce Lda LEU AR Cada do a CS Cera 46 9 30 Alturas conjusadas do ressalto ssc ss scam neste simespredeisdponar dos rodeia aia Er eo e i iiaea 48 9 31 Altura e comprimento do ressalto hidr ulico essere 48 9 32 Dissipa o da energia iiai a a a a iieii i narra 49 932 1 Blocos de Impacto s aaa araa aaa a a dolo be aaan a babado apta Ba bo beba cabo foda cela ADA 49
164. em torno de 1000 1 h de acordo com a possan a do aqu fero o ideal para habita es isoladas ou pequenas comunidades Quando se desejam vaz es maiores como o caso de rebaixamentos de len is fre ticos costuma montar se um sistema de m ltiplas ponteiras espa adas regularmente e operadas em conjunto 2 2 8 4 Furos perfurados a trado S o furos que raramente atingem profundidades superiores a 20 m e por isso podem se considerar rasos Por serem rasos destinam se capta o de gua de len is fre ticos O di metro varia entre 50 a 200 mm 2 a 8 S o furos de f cil execu o ideais para a abastecimento de pequenas comunidades ou propriedades agr colas Existem v rios tipos de trados mec nicos ou manuais conforme o tipo de solo que se vai perfurar Os tubos s o equipados com hastes de 1 00 m de comprimento que se juntam umas s outras atrav s de roscas Paredes do furo Pasta de cimento e areia teens definitivo Cinta de argila com 2 cm Revestimento provis rio Cascalho Cascalho Filtro Agu fero Aqu fero Figura 2 2 8 4 1 Esquema da constru o de um po o perfurado a trado INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 19 A perfura o feita com tubo guia que constitui o revestimento provis rio cuja extremidade inferior
165. endo tempo de paragem em s par metro tabelado dependente da inclina o do terreno par metro tabelado efeito de in rcia da bomba oa aAa comprimento da tubagem m U velocidade na tubagem m s acelera o m s og H altura manom trica m INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 13 Esses css A RL O RR RR Quadro 7 8 2 Valores de C f Hm L Para inclina es superiores a 50 devem ser tomados cuidados especiais sendo recomend vel a f rmula de ALLIEVI para c lculo do golpe de ar ete em toda a extens o da tubagem Os valores de K recomendados s o os seguintes 1500 1 75 1 50 1 00 Quadro 7 8 3 Valores de K ALLIEVI 2xLxU h max gxt LC P L C M L C E Hm V o H L lt L Impuls o curta INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 14 L C M Linha de carga manom trica L C E Linha de carga est tica L C P Linha de carga na paragem B Bomba C Reservat rio Le Comprimento cr tico a dist ncia que separa o final da compress o do ponto cr tico coincid ncia dos valores de MICHAUD e ALLIEVI L 41 2 E Us max g P EGP S L
166. ente com duas passagens pelas p s A turbina MICHELL ou BANKI como conhecida foi inventada por estes dois engenheiros e sofreu adapta es do engenheiro OSSBERGER sendo actualmente constru da na Alemanha A faixa abrangida pela turbina BANKI sobrep e se de um modo geral faixa das turbinas FRANCIS A faixa em que a turbina BANKI pode trabalhar muito vasta com quedas em torno de 200m e caudais reduzidos 20 1 s A turbina BANKI aplica se aos aproveitamentos hidroel ctricos de pequenas pot ncias at 2 000 kW da o seu reaparecimento ap s anos de esquecimento devido ao entusiasmo que se est a criar em torno das minih dricas Nas faixas de baixa queda inferior a 10m a turbina BANKI apresenta o inconveniente de ter de trabalhar com uma velocidade de rota o baixa lt 2 000 rpm o que leva a ter que se introduzir correias de multiplica o de velocidades advindo da uma consider vel perda de rendimento O rotor tem a forma de um cilindro com as p s dispostas perif ricamente recebendo um duplo impulso correspondente entrada e sa da do fluxo de gua Por este motivo estas turbinas s o conhecidas por duplo fluxo ou duplo impulso A turbina H LICE considerada uma turbina de reac o sendo utilizada com maior frequ ncia em aproveitamentos com quedas abaixo de 12 metros Tal como as do tipo FRANCIS as turbinas do tipo H LICE tamb m podem ser instaladas em caixa armada ou no bet o com caixa do tip
167. ento de 30 5 cm Para medir a vaz o basta ajustar o gabarito conforme se indica no desenho e ler o valor de x em cm Entrando no baco consoante o di metro da tubagem da descarga obtemos o valor do caudal INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE 1 32 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA DI METRO DA TUBULA O DE DESCARGA 12 10 SONLIN INIO W3 X VIDNYLSIO o o T TTAN E TT s E E ETE LITROS SEGUNDO Iculo do caudal para descarga em tubo livre 2 Figura 2 2 14 2 Abaco para o c INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 33 f Medidor diferencial em cotovelo 2 Neste medidor aproveitada a diferen a de press o que se estabelece numa curva entre os pontos de maior e menor velocidade Num plano de 45 s o instaladas duas tomadas de press o N o conveniente utilizar cotovelos com rosca pois grande a diferen a entre o di metro interno do cotovelo e o di metro interno dos tubos Os cotovelos flangeados ou soldados s o os melhores Para um bom regime de escoamento conveniente que haja 25 D de tubo recto a montante e 10 D de tubo recto a jusante A express o para o caudal Q k A J2 g h sendo caudal m3 s constante tabelada diferencial de press o medido m 9 81 m s q Ro Tomada de baixa press o Ea 45 Se Tomada de alt
168. ento superficial Tem origem nas precipita es Uma parte da gua interceptada pela vegeta o Ao atingir o solo uma parte fica retida em depress es de terreno uma parte infiltra se e o restante escoa pela superf cie desde que a intensidade da precipita o supere a capacidade de infiltra o As linhas de maior declive que imp em a traject ria das guas Nesta fase o movimento de guas livres Estas guas tomam caminhos preferenciais guas sujeitas que v o engrossando dando origem aos c rregos ribeiros riachos e rios todos componentes da bacia hidrogr fica As guas das chuvas atingem o leito do curso de gua por quatro vias diferentes a Escoamento superficial ou defl vio b Escoamento sub superficial hipod rmico c Escoamento subterr neo d Precipita o directa sobre superf cie livre O escoamento superficial tem in cio algum tempo depois de ter come ado a chover Esse intervalo de tempo corresponde intercep o pela vegeta o e obst culos e tamb m satura o do solo e acumula o nas depress es A intercep o e a acumula o tendem a reduzir se no tempo e a infiltra o tende a ficar constante O escoamento hipod rmico ocorre nas camadas superiores do solo e dif cil a sua separa o do escoamento superficial INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 36 O escoamento subterr neo varia lentamente com
169. equipamento Tem que se construir um canal de sec o rectangular de inclina o tal que o escoamento seja laminar O canal deve ser suficientemente longo e se poss vel revestido com pl stico Solta se o flutuador a montante registando o tempo e volta se a registar o tempo quando ela passa na sec o de jusante A velocidade m dia encontrada deve multiplicar se por 0 80 Pela equa o da continuidade O U S f cilmente se determina o caudal c descarregadores Utilizam se os descarregadores j descritos neste curso O mais difundido o triangular com ngulo de 90 Thomsom Para vaz es grandes utiliza se o descarregador Cipolleti INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 30 d Orif cio circular Este Medidor utilizado quando se deseja rigor na medi o B Tubo manom trico gt h Ah e Placa com orif cio 0 60m al ou gt 8 D shi Hen Baai EET E AEN a A ri Wall mia RREO GRRRA DAM AINN NN E RA REZA asss tatu a HH O ia At tilll CETA ERA AA Vi a m E z HA mi CANVAS ALTO EEE o alm EE g ESA H RR E ELES z E AE EEE Esisi AEEA EEPE AA A AA A o SM E aro aan so fa o PARRA Hiie Hi Md EA A Poa ALTURA DA AGUA SOBRE O CENTRO DO ORIF CIO CARRO vo PER HEHE ORIF CIO CALI
170. erdas de carga s o calculadas pela f rmula de Darcy Weisbach com determina o rigorosa do factor de resist ncia f A pot ncia til aumenta com o caudal mas aumentam tamb m as perdas de carga Existem formulas para o calculo do di metro econ mico Em primeira aproxima o muito conhecida a formula de Bondschu Q H D 5 2 em que H a soma da queda bruta acrescida da carga devida ao golpe de ar ete 3 6 Curvas caracter sticas de tubagens Curva caracter stica a representa o gr fica da perda de carga J em fun o do caudal Q INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA II 18 Figura 3 6 1 A diferen a de n vel entre R e Rz corresponde perda de carga total J soma da perda de carga na tubagem com as perdas de carga singulares A cada valor de Q em m s ou m h corresponde um nico valor de J ou H H uma correspond ncia biun voca entre os valores de Q e J cuja representa o gr fica a curva caracter stica da tubagem A perda de carga na tubagem MN est ligada ao comprimento L di metro D e factor de resist ncia f Q H J se fizermos 0 0827 f L CE DO temos H r Q que a equa o da curva caracter stica de uma adutora com D fe L conhecidos e que t m de ser constantes INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IHI 19
171. es altas Quando a altura de eleva o h muito elevada a v lvula de reten o evita que quando a bomba se encontra em repouso o l quido flua para ela Nas bombas mais modernas isto n o sucede pois elas v m providas com um sistema de an is de veda o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 16 b Chamin s de equil brio o melhor meio de protec o contra o golpe de ar ete mas a maioria das vezes n o exequ vel devido aos aspectos topogr ficos e construtivos Nos esquemas acima est o representados tr s caracter sticas de uma chamin de equil brio No instante 1 o sistema est em servi o o n vel da chamin corresponde altura manom trica No instante 2 o n vel da chamin desce devido ao golpe de ar ete ter atingido o seu m ximo valor negativo m xima depress o ou seja A a diferen a entre a press o est tica e a sobrepress o O numero 3 represente o instante do refluxo da gua sopapo que se produz quando atingida a m xima sobrepress o positiva Nos casos vulgares a constru o de uma chamin de equil brio cara devido sua altura Quando a topografia favor vel como no caso que se segue pode se adoptar esta solu o Sobrepress o Chamin N A N o usual a chamin de equil brio pr ximo das bombas INSTITUTO SUPERIOR DE ENG
172. esde a forma o at atingir o solo de mais interesse para o meteorologista do que para o hidrologista Quando a gua atinge o solo torna se o elemento b sico da hidrologia A humidade o elemento primordial para a forma o da chuva mas outros requisitos s o necess rios como resfriamento do ar e a presen a de n cleos higrosc picos ou part culas nucleares O fen meno da chuva obedece ao seguinte processo O ar h mido da baixa atmosfera aquece torna se mais leve e sofre uma ascens o Nesta ascens o o ar aumenta de volume e esfria na raz o de 1 C por 100m at atingir a condi o de satura o n vel de condensa o A partir deste n vel em condi es favor veis e devido exist ncia de n cleos higrosc picos o vapor de gua condensa formando min sculas gotas em torno dos n cleos As gotas mant m se em suspens o at que atinjam tamanho suficiente para a queda O processo de crescimento pode ser por coalesc ncia ou por difus o de vapor No processo de coalesc ncia as pequenas gotas das nuvens aumentam seu tamanho devido ao contacto com outras gotas atrav s da colis o devido ao seu movimento turbul ncia do ar e a for as el ctricas Quando as gotas atingem tamanho suficiente para vencer a resist ncia do ar elas caiem em direc o ao solo arrastando tamb m as gotas menores e com isso aumentando o seu tamanho O processo de difus o de vapor aquele no qual o ar ap s atingido o n vel de co
173. ess o H altura de compress o total ou altura din mica de compress o H h J Ja perdas de carga na tubagem de aspira o H altura de aspira o total ou altura din mica de aspira o H h J Le comprimento da tubagem de compress o La comprimento da tubagem de aspira o Je SL 1 l ES R2 He he hg B 1 ha Figura 4 1 1 Quando o sistema estiver a operar verificam se perdas de carga continuas nas tubagens e acidentais ou localizadas nos acess rios e v lvulas ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE DISCIPLINA DE HIDR ULICA APLICADA NUCLEO DE HIDR ULICA E AMBIENTE IV 3 U LELIE C Je 2 g U LEAD E a Ja a 2 8 ou pelos comprimentos virtuais Sap Sh a J jel Li Jos Finalmente a altura manom trica do sistema elevat rio H p E H Ea H 4 2 Pot ncia do sistema elevat rio A altura manom trica Hm a distancia vertical que a bomba deve vencer para elevar o caudal Q do reservat rio R para o reservat rio R2 A pot ncia necess ria fornecida por meios mec nicos e calcula se pela equa o p XQH 7 sendo P pot ncia total a fornecer ao conjunto elevat rio em kW peso vol mico do liquido pps No caso da gua a 15 C p 1000 kg m g 9 81 m s y 1 0kNm Q caudal a elevar em m s H altura manom trica em m rendimento total do conjunto adimensional N N Nm em que U ren
174. ess o ascensional P Tem o seguinte valor sendo P press o ascensional ou sub press o m coeficiente de redu o Ya peso vol mico da gua h altura da gua na barragem b largura da barragem na funda o por Im de comprimento Esta press o forma se sob a funda o e tem sua origem nas fissuras can culas e poros existentes na rocha Outrora ignorada nos c lculos a press o ascensional tamb m chamada sub press o deu origem a muitos contratempos e problemas de estabilidade O valor de m pode ser igual a 1 0 se a funda o for fraca igual a 0 5 se a funda o for compacta e receber tratamento adequado Quando existe galeria o diagrama toma o aspecto mostrado no desenho com redu o substancial da press o ascensional ap s os furos de drenagem que ali se executam Barragens de BCR bet o compactado a rolo As barragens de gravidade s o caras e de constru o lenta O bet o convencional exige vibra o e alto consumo de cimento O aparecimento do Rollcrete ou RCC nos E U A destinou se a atenuar as duas desvantagens acima mencionadas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 9 O RCC nos E U A ou C C R no Brasil concreto compactado a rolo pode ser definido segundo ANDRIOLO como um bet o de consist ncia seca que no estado fresco pode ser misturado transportado lan ado e compactado por meio de equipamentos usualmente utilizados
175. etida em depress es e nas copas das rvores e nos troncos Entretanto quantidades grandes de gua superficial retornam atmosfera por evapora o tamb m uma parte retida pelas plantas novamente devolvida atmosfera por evapotranspira o CHUVA 99 x 10 ivear 62x 10in vear EVAPORA O EVAPOTRANSP MA O eau Y ur TERRA w EYAPORA O 361 x 10 i wvear 34x 10 i wear 33 6 x 10 ESCOAMENTO SUPERFICIAL 37 x 10 wear Distribui o da gua no Planeta Terra INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 5 Clouds and Atmospheric Evaporation PS FS 1 a ad Evaporation _ Deep Percolation Aquifer O ciclo hidrol gico Para uma dada regi o pode sintetizar se o ciclo hidrol gico total assim P R 4G E ND As sendo P precipita o que atinge o solo R escoamento superficial G escoamento subterr neo E evapora o T transpira o das plantas As varia o no armazenamento nas v rias formas de reten o 1 2 Aplica es da Hidrologia A hidrologia tem larga aplica o nos seguintes ramos da engenharia a Escolha de fontes de abastecimento de gua b Fixa o das dimens es das obras de arte c Capacidade de acumula o e dimensionamento de descarregadores de barragens d Estudo das caracter sticas de len is fre ticos e Estudo de v
176. f rmula de ALLIEVI 9900 ark e a celeridade da onda m s D di metro dos tubos m e espessura dos tubos m K coeficiente fun o do m dulo de elasticidade do material que constitui a tubagem 10 E K valores t picos de K Tubos de a o K 0 5 Tubos de ferro fundido K 1 0 Tubos de bet o K 5 0 Tubos de fibrocimento K 4 4 Tubos de pl stico K 18 0 A celeridade geralmente na ordem de 100 m s chega a ter valores de 300 m s O valor de a 1425 m s a velocidade de propaga o do som na gua e corresponde a um material com E indeform vel 7 2 Classifica o das manobras de fechamento Se a manobra for r pida a v lvula fica fechada antes da ocorr ncia da onda de depress o Pelo contr rio se a v lvula for fechada lentamente h tempo para ocorr ncia da onda de depress o antes que se d a oclus o completa As manobras de fechamento podem ser lentas ou r pidas bruscas ou instant neas Uma manobra lenta quando o tempo superior ao tempo da tubagem u INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 6 2 L t gt a Se o tempo de manobra for inferior ao tempo da tubagem a manobra r pida 2 L t lt a A maior sobrepress o ocorre quando a manobra r pida Ela pode ser calculada no extremo da linha pela express o que a formula de JOUKOWSKY j vista
177. g Utiliza o de volantes h Constru o de chamin s de equil brio 7 6 Velocidade na tubagem Uma velocidade elevada numa tubagem economicamente interessante mas desaconselh vel sob o ponto de vista t cnico As velocidades elevadas provocam ru dos e vibra es inc modas e no caso de ocorr ncia de golpe de ar ete press es altas que podem ocasionar a ru na do sistema As velocidades baixas tamb m n o s o aconselhadas porque ocasionam deposi o de sedimentos na tubagem A experi ncia manda adoptar valores pr ticos para velocidades m dias que n o devem ser tomadas rigidamente Para guas que carregam materiais em suspens o n o comum velocidades abaixo de 0 60 m s Nas redes de distribui o de gua a velocidade fica dependente da f rmula Da 0 197 D Sendo D o di metro do tubo em mm e a velocidade expressa em m s Na pr tica n o s o estabelecidos valores m nimos para as velocidades das redes de distribui o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 10 Para os sistemas elevat rios de gua as velocidades m dias devem ficar entre 0 55 e 2 40 m s O limite superior adoptado apenas para instala es que funcionem apenas algumas horas por dia at 6 horas Em turbinas para gera o de energia el ctrica as velocidades s o elevadas chegando a ultrapassar 10 m s 7 7 Seccionamento lento A oclus
178. gi o A constru o de uma barragem implica r 1 Abertura de novos acessos que originam desfloresta o e eros o r 2 Polui o do rio atrav s de 1 2 1 Sedimentos provenientes de escava es 1 2 2 Constru o e remo o de ensecadeiras 1 2 3 guas conspurcadas por centrais de betonagem 1 2 4 Vazamentos de leos r 2 5 Aguas aquecidas 1 2 6 Detritos de varia ordem r 3 Maiores riscos de fogos r 4 Barulhos excessivos r 5 Fumos poeira e p s r 6 Desequil brio social devido chegada de numerosos elementos com outros h bitos e comportamentos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO IX CONDUTOS LIVRES DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX INDICE O Condutos lIVIeS a Tui entar sa oba CAD o dan do O il boa a aba Sd bat a va a do 1 9 1 Distribui o das velocidades nos canais e eereeeeeraaraneneeeraranaaeaa 1 9 2 Sec o molhada e per metro molhado e reeeeeeaareraneeeraranaaeaa 3 9 3 Tipos de escoamento ninsi usinas ae oie eree less gas TEEL ee etr Ea TES e ah 3 9 4 Traject ria das part culas teiaa terenie aanas aeee a arani keer i a a ian aikani 4 9 5 Geometria da sec o transversali encres e te roi ee Sior EN e rE Eri o e
179. go abranger reas onde h INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 20 estrangulamento de vales poder haver deslizamento de encostas O pre o da terra expropriada motivo de grandes quest es judiciais que s vezes se arrastam durante anos b Deslocamento das popula es a forma o de uma albufeira num vale muito povoado obriga ao deslocamento de popula es inteiras para outras regi es e morte de povoados e vilas um processo traumatizante que as melhores indemniza es n o cobrem A mudan a de popula es tem s custos superiores da pr pria constru o c Vida selvagem o enchimento do lago p e os animais em p nico e obriga os a refugiarem se nas poucas ilhas tempor rias que s vezes surgem nos pontos mais altos A captura e posterior liberta o em outros locais cara e morosa e por isso negligenciada por isso que a maioria das vezes estas opera es s o levadas a cabo por entidades mundiais Foi o que sucedeu na barragem do Kariba e do Assu o Infelizmente apesar de todos os esfor os sempre perecem milhares de animais d Arqueologia a albufeira pode inundar obras antigas de valor incalcul vel Foi o que sucedeu com a barragem do Assu o no Egipto Gra as aos esfor os mundiais foi poss vel transferir para outro local o templo Abu Simbel Na barragem de Alcantara em Espanha houve necessidade de deslocar
180. gura 9 17 2 1 Sendo A y b m y B b 2 m y a e substituindo na equa o Q A g B vem Q _ y b m y g b 2 m y em que o valor y o da profundidade critica 9 17 3 Sec o rectangular um caso particular da sec o trapezoidal quando m 0 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 31 Da equa o b 2 y Jm 1 m vem b 2 y Da equa o P 2 y p m 1 m vem P 4 y m Igualmente se transforma g5 g y b B b ou seja Como g 9 81 m s 2 y 0 47 2 9 18 Velocidades de projecto A velocidade m dia de escoamento num canal deve situar se dentro de uns certos limites A velocidade m xima estabelecida tendo em conta a natureza do material que constitui o canal Define se como a velocidade acima da qual ocorre eros o do material A velocidade m xima estabelecida tendo em conta o material transportado pela gua sedimentos que podem depositar assoreando o canal O controle da velocidade obtido atrav s do aumento ou diminui o da declividade Quando as condi es topogr ficas s o adversas no caso de grandes pendentes adoptam se maneiras de reduzir a declividade com degraus espa ados de acordo com o terreno INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 32 Nos canais de esgoto devem evitar se as pequenas
181. hastes retornando superf cie pelo espa o anelar existente entre a coluna de perfura o e as paredes do po o o sistema mais usual O sistema de circula o inversa recente A lama penetra por gravidade no espa o anelar e retorna superf cie por meio de bombeamento passando pelo meio da INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 23 coluna de perfura o Este sistema s utilizado para perfura o a grandes profundidades 600 m ou mais Os factores que afectam a perfura o podem ser relativos ao material ou mec nicos Os primeiros podem ser de resist ncia dureza abrasividade desmoronamento permeabilidade porosidade fluidos gua salgada g s etc temperatura plasticidade ou de tens es internas dos materiais Os factores mec nicos dizem respeito ao peso da broca velocidade de rota o di metro da broca velocidade de circula o da lama perdas por fric o caracter sticas da lama de perfura o habilita o do pessoal de sondagem Uma das fun es da lama a de remover os detritos da perfura o Se uma lama tem baixa viscosidade e densidade ela n o limpar devidamente o po o 2 2 9 Revestimento dos furos O revestimento o cascalhamento e a cimenta o s o factores que contribuem para um melhor aproveitamento da po o e tamb m influenciam na sua vida til O revestimento de um po o destina se a sustentar as p
182. hexagonal Os canais abertos na rocha s o de forma rectangular com a largura igual a duas vezes a altura As calhas de madeira a o ou cer mica s o geralmente circulares 9 1 Distribui o das velocidades nos canais Nos canais o atrito entre a SL e o ar e a resist ncia oferecida pelas paredes e pelo fundo originam diferen as de velocidades A determina o das v rias velocidades em diferentes pontos de uma sec o transversal feita por via experimental INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 2 SL Figura 9 1 1 A velocidade m xima ser encontrada na vertical VV no centro da sec o transversal e num ponto abaixo da SL As curvas que unem pontos de igual velocidade s o as isot quicas Figura 9 1 2 A velocidade m xima numa vertical da sec o transversal aparece entre os valores 0 05y e 0 25 y A velocidade m dia que utilizada para o c lculo do caudal a m dia das velocidades profundidade 0 20y e 0 80y ou seja a velocidade profundidade 0 6y H hidr ulicos que consideram como mais exacta a m dia das profundidades o Vos E Vos 2 Vos mo 4 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 3 9 2 Sec o molhada e per metro molhado Os condutos livres apresentam as mais variadas formas como por exemplo os rios e podem
183. ie liquida Comparando em cada sec o a profundidade critica com a profundidade normal obtem se a forma da superf cie liquida A profundidade capaz de manter o escoamento uniforme denomina se profundidade normal Quando o movimento uniforme a linha de gua coincide com a recta de n vel normal ou com a recta de n vel critico conforme a profundidade normal ou critica Estas duas rectas dividem o perfil longitudinal do conduto em tr s regi es Figura 9 24 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 38 A cada regi o corresponde uma classe de curva que depende da compara o da profundidade normal com a profundidade cr tica i lt 0 Classe M i lt i Ym gt Ye Classe S i gt i Ym lt Ye Classe C i i Ym Ye Classe M declividades fracas M mild slope inclina o fraca M Figura 9 24 2 Curva provocada por uma barragem ou por um canal de fraca declividade desaguando num reservat rio Como y gt y a velocidade de escoamento menor do que a que caracteriza o movimento uniforme com o mesmo caudal E um movimento gradualmente variado retardado A profundidade aumenta e por isso a curva um regolfo de eleva o Classe S declividades fortes S steep slope inclina o forte INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 39 Figura 9 24 3 Estas c
184. ii Se TA O EEE ARG STR A gala A SUR Pa a O 29 1 5 1 Medidas e Infiltra o q cessa isentar sesiisaa veto pestisaiaa danosa sont dia cartada s o 30 1 5 2 Factores que Afectam a Capacidade de Infiltra o 32 16 Eyapotac O enste ernis r E e orr Ea neria pa 32 1 6 1 Medidas de Evapora o sseesssssseeeeeeessssssseesreresssssserereersssssseeeees 33 1 6 2 Determina o da Evapora o por Interm dio do Balan o Hidrol gico34 17 EVAPOLTANSPIFA O sara aan E EE E E 34 1 8 Escoamento Superficial eseeeeeeeesseesseeeseeesssssserrreeesssssseeerreessessseerreee 35 1 8 1 Grandezas Caracter sticas aces aa NR aged aaa a 36 1 8 2 Factores que Influem no Defl vio iria 36 1 8 2 L Chmatol PICOS isa aspas ipi sacada siga 36 1 82 22 FISIO PLANOS re erae IDE Sa ES DOUTA has dO aU E TEA 37 18 Sc ANTO PC OS a aa e aaa a aE E AA ES 37 1 8 3 Tempo de Concentra o Conceito sssseessseesssssseeerreesssssseeereee 37 1 8 3 1 Tempo de Concentra o F rmulas 38 1 9 Medi o de Caddis iecere aneron a da Aa AS 42 1 9 1 Curva Chave ou Curva de Vaz o aussi a ae 44 1 9 2 Medi o Atrav s da F rmula Hidr ulica 000neeeeeeeeeeeeeeeese eessen 45 1 9 3 D ficit de Bscoamento sssr sinesine a a E E 46 1 9 4 F rmulas Emp ricas para o C lculo do D ficit de Escoamento 47 1 9 4 1 F rmula de Coutagne ss demasiada ssa dias d
185. iie 4 9 6 Varia o da press o na sec o transversal ssssessssssseeeessseesssssssrrresssssseeessssssseessrrreessss 5 9 7 Profundidade m dia aaa a oea STE NL SEESE Eea Tete 6 9 84 Eneroia especifica a mio doada e aa r E a E E a A o E AAA 7 9 9 Factor cin tico e numero de Froude aa e a a eeni 7 9 10 Regimes de escoamento ss zennteta iss aenn rE cenaTeL a asda cade Caen VS soh ENEE asda cdi e o 8 9 11 Escoamento CrmICO ini aeree ie ra E E ond E T a ra Ea alo noi a a Ei Aa Sree ta 11 9 12 Exist ncia do re Me CT O a a raa aaa r aa aara aaa aa de aa ea eaa eaeh Rs dei Ra 12 9 13 Movimento uniforme sanen nr re n a RARO r e a r aT o Penal N N tanta 15 9 14 Perda de car saem canais ninin anat a A Ta a EA EEEa aE Ee eSEE ESE SEn 16 9 15 Escoamento uniforme iiite i e en SEE i E re oea ara ESES iissa 19 9 16 Capacidade de transporte eeeesseeeeeeeessreesetssresserrttsssrtssstesssrtesssrtrreessrteessreeesssesssreesssttt 20 9 17 Sec es de m xima eficiencia u z cre sus nisga sie tosa E A e SIE SU as aos UT RATES DES d als 23 917l Sec o circular sssctsists cor coso sas e Ser for ABEL OU SE N DIE SST SIT St ASAS SO esa dinda 23 9 17 2 Sec o trapezoidal io ioisccosssspapmnenaai ti otorito ci ioste sadia sanada altas Ee a ta a EEEE EEE ta 28 9 1 7 3 Sec o rectangular i iitutetere beso tegifesabedelo lo bota lolo Cola bo bo dotadas AAAA 30 9 18 V
186. inal do eixo deve ser extenso e cuidadoso um vez que sobre ele que v o ser marcadas as sondagens e por onde n o ser iniciadas as obras 8 3 2 Funda es Quando a vala um trecho de montanha em forma de V o normal encontrar se rocha na funda o e nas ombreiras Neste caso a barragem aconselh vel ser de bet o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 5 Quando o eixo se localiza em plan cie em vale muito aberto e de encostas pouco ngremes pouco prov vel que haja ocorr ncia de rocha e a barragem aconselh vel ser a terra Logo que o levantamento topogr fico esteja conclu do imediatamente come am as investiga es geol gicas que compreendem abertura de po os de inspec o sondagens a trado sondagens percuss o em solo e sondagens rotativas em rochas al m de ensaios mais sofisticados 8 3 3 Hidrologia outro factor fundamental no projecto de uma barragem essencial que a bacia hidrogr fica tenha compet ncia para alimentar a bacia hidr ulica De contr rio a barragem ficar super dimensionada com custos sem retorno Tamb m n o conv m o caso inverso de barragem sub dimensionada ou seja a barragem encher em uma frac o de ano hidrol gico o que significa que a bacia n o foi suficientemente aproveitada Neste caso haver um funcionamento frequente do descarregador de cheias com todos os inconvenientes de ab
187. inte significados D dura o da chuva unit ria T tempo de concentra o T tempo de resposta ou basin lag T tempo de esvaziamento T tempo de ascen o T tempo de recess o T tempo base INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 52 Este hidrograma est associado s chuvas que o provocam Um diagrama referente s chuvas denomina se hietograma Tempo de resposta tempo de retardamento ou basin lag o intervalo de tempo entre o baricentro do hietograma e a ponta ou pico do hidrograma do escoamento superficial Tamb m se costuma usar para o tempo de resposta o intervalo entre o centro de gravidade do hietograma e o centro de gravidade do hidrograma Por serem muito aproximados mais f cil tomar para c lculos a primeira defini o A separa o entre o escoamento directo e o escoamento de base complexa Para facilidade une se por uma recta o ponto onde tem in cio a ascens o com o ponto onde retomado o escoamento linear de base No hidrograma a curva de ascens o corresponde aos incrementos do caudal e ocorre durante o tempo de crescimento tempo de ascens o ou tempo de subida Tp A curva de recess o decrescimento ou descida T corresponde ao tempo em que o caudal sofre decr scimos at atingir um valor correspondente ao escoamento de base O tempo base Tb a soma dos dois tempos citados isto T T T Na curva de esgotamento h um decr
188. is Porosidade 10 20 Quadro 2 1 1 Valores da porosidade para v rios materiais Pedregulho e areia 20 35 Para que uma rocha possa armazenar gua necess rio que contenha poros pois estes podem ser preenchidos com gua Mas esta gua nem sempre de f cil extrac o Quando se pode extrair gua de uma rocha em condi es econ micas e quantidades razo veis estamos em presen a de um aqu fero Aqu fero uma rocha da qual se pode extrair gua em quantidades satisfat rias O valor da quantidade da quantidade satisfat ria varia de regi o para regi o mas num clima semi rido pode considerar se como economicamente vi vel um po o que forne a um caudal superior a 2000 hora Num aqu fero os vazios devem conter gua que possa movimentar se e ser extra da por meio de drenos ou furos As rochas que cont m gua como por exemplo as argilas mas das quais n o se pode extrai la em condi es econ micas denomina se aquitard ou aquiclude Aquitard uma rocha que pode produzir pequenas quantidade de gua apresentando permeabilidade m dia a baixa Permeabilidade a maior ou menor facilidade com que a gua se move no interior da rocha sob ac o da gravidade A permeabilidade depende do tamanho e n mero dos poros e da sua forma e distribui o dos elementos s lidos componentes do meio O quadro seguinte apresenta valores de permeabilidade para alguns materiais INSTITUTO SUPERIOR D
189. it ria 5 Teste de caudal INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA H 27 O desenvolvimento de um po o diz respeito aos processos mec nicos e qu micos que se destinam a melhorar as condi es do aqu fero a fim que se possa proporcionar um melhor rendimento do po o M todos mec nicos M todos de desenvolvimento com ar comprimido M todo da super bombagem M todo do pist o M todo do ar comprimido Abrange dois m todos a lavagem invertida back washing b po o aberto ou surgimento surging M todo da lavagem simples recomendado quando o aqu fero apresenta uma varia o granulom trica com grande percentagem de finos argila ou silte Neste m todo a gua bombeada de modo a provocar se o esgotamento do po o este fechado e em seguida feita uma injec o de ar para for ar a gua a retornar para dentro do aqu fero M todo do po o aberto ou surgimento z E denominado como m todo de ferver o po o e uma combina o entre bombagem e surgimento Descargas de ar seguidas de bombagem provocam a revers o do fluxo de gua dentro do po o e consequentemente a remo o das part culas finas do aqu fero M todo da super bombagem Por ser muito simples o mais difundido entre os perfuradores E aconselh vel s para o caso de forma es arenosas onde a quantidade argila silte seja muito pe
190. ita o Escoamento que podem ser depois extrapolados para uma regi o atrav s de equa es A antiga Direc o Geral dos Recursos Hidr ulicos estabeleceu equa es de regress o do escoamento mensal e anual sobre precipita o ponderada mensal e anual para regi es do Alentejo e Algarve Valores mensais em qualquer m s do ano E 6 11 K 04 K P sendo E escoamento mensal em mm K coeficiente de compacidade ou ndice de Gravelius P precipita o mensal m dia em mm Valores mensais em qualquer m s do semestre h mido Nov a Abr E 9 18 K 04 K P Valores anuais E 41 233 K 05 K P sendo E escoamento anual m dia em mm P precipita o m dia anual em mm Tamb m podem ser usadas para a mesma regi o as seguintes equa es simplificadas Para valores mensais E 0 4 P 7 Sendo E escoamento mensal m dia em mm P precipita o mensal m dia em mm Para valores anuais E 0 5 P 165 sendo E escoamento m dio anual em mm P precipita o m dia anual em mm INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 50 1 9 5 C lculo de Caudais atrav s de Dados de Chuvas Quando n o existem dados de caudal o nico m todo para obt los atrav s de dados de chuva por m todos indirectos 1 9 5 1 F rmula Racional Talvez o m todo mais antigo escreve se sob a forma Q C I A Sendo O caudal m ximo em m s C coeficiente de escoamento
191. jolos sem revestimento Alvenaria de tijolos revestida Canais de terra em boas condi es Manilhas cer micas Tubos de bet o Tubos de ferro fundido Tubos de fibrocimento Canais de bet o lisos Canais de terra com vegeta o 0 035 A f rmula de Manning tem as seguintes express es para condutos circulares funcionando com a sec o cheia y 0 397 D a n 8 1 0 312 D i Q n INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 19 A formula de Glaucker Strickler an loga de Manning VERRA diferindo apenas nos valores de k 9 15 Escoamento uniforme O escoamento uniforme caracterizado por caudal velocidade m dia e profundidade constantes O perfil da superf cie livre a linha de energia e o perfil longitudinal do leito s o constantes rectil neos e paralelos A perda de carga unit ria 1 igual diminui o da cota do perfil longitudinal do fundo por unidade de percurso I sin 0 sendo 0 o ngulo que o perfil forma com a horizontal Como a inclina o dos canais geralmente pequena aceit vel que se considere I sin 0 xtan 0 i Quando se trata de gua o escoamento turbulento e aplica se a equa o de Manning R 0 666 0 5 Q A n sendo E A R raio hidr ulico R A rea da sec o Eae AH i inclina o do leito i E n coeficiente de Manning Em grandes canais mais acertado
192. l quido A intensidade das for as centrifugas varia com as dimens es forma e n mero de rota es do impulsor ou propulsor Quando se altera um destes par metros altera se tamb m a curva caracter stica A curva caracter stica representa as condi es hidr ulicas em que a bomba trabalha com determinada rota o na unidade de tempo geralmente r p m rota es por minuto 5 10 Tipos de curvas caracter sticas As curvas caracter sticas das bombas classificam se em a Est veis b Inst veis Nas bombas est veis para cada H corresponde um nico Q Nas inst veis para cada H correspondem dois ou mais Q H Qi Q Est vel Inst vel As curvas est veis classificam se em H E H Muito Crescente Crescente Plana Q Q Q INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 2 a Crescente rising a altura aumenta continuamente medida que se diminui o caudal Para cada caudal nulo a altura aproximadamente 15 a 20 maior do que a altura correspondente ao melhor rendimento b Muito crescente Steep a altura aumente de forma acentuada com a diminui o do caudal A altura de caudal nulo 50 maior do que no ponto de melhor rendimento Usa se em instala es onde o Hm varia constantemente c Plana flat a altura do ponto de melhor rendimento quase a mesma do ponto de caudal nulo Recomendada em instala
193. les propor es entre tri ngulos Para t estabelecem se os valores exactos ou aproximados do tempo unit rio t n At e At D O HUT na parte referente parcela de chuva til chuva efectiva apoia se num par metro que leva em conta o tipo de solo sua utiliza o e capacidade de escoamento superficial Este par metro designado por CN curva n mero ou n mero de escoamento e est compreendido entre os valores de O a 100 O valor O diz respeito a uma bacia que n o gera qualquer escoamento bacia de condutibilidade hidr ulica infinita O valor 100 diz respeito a uma bacia imperme vel cuja precipita o escoada na totalidade Os n meros de escoamento CN encontram se tabelados para diversos n meros e valores de chuva obtidos atrav s da an lise de muitas bacias com solos de diferentes tipos utiliza es e condi es de humidade antecedentes O solo classificado em 4 grupos hidrol gicos Tipo A Baixo potencial de defl vio Terrenos muito perme veis com pouco silte e argila Os valores mais baixos do CN est o dentro deste tipo Tipo B Capacidade de infiltra o f acima da m dia ap s completo humedecimento Solos arenosos menos profundos que os do tipo A Tipo C Capacidade de infiltra o abaixo da m dia depois de pr satura o Cont m apreci vel percentagem de argila Tipo D Mais alto potencial de defl vio Muito argiloso quase imperme vel Os valores mais altos do CN est o dentro deste tip
194. lsores podem ser fechados abertos ou semiabertos Os abertos s o constitu dos por um cubo ao qual se fixam as p s Os fechados t m duas placas paralelas entre os quais s o fixadas as p s Quando existe s uma placa de fixa o o propulsor semiaberto 5 6 5 Bombas de est gios simples ou de est gios m ltiplos As bombas com um s propulsor denominam se de andar ou est gio simples ou de um est gio Quando a altura manom trica muito grande costume usar se bombas de v rios est gios Cada propulsor eleva o fluido at uma determinada altura Em po os profundos s o usadas bombas de v rios est gios colocadas em s rie dentro de um tubo que posto dentro do po o 5 6 6 Bombas afogadas De acordo com a sua posi o em rela o ao N A uma bomba pode ser ou n o afogada Diz se afogada quando o seu eixo est em n vel inferior ao do N A As bombas afogadas n o necessitam de ser ferradas ferrar uma bomba coloca o manual de INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 12 gua dentro do propulsor a fim de que este n o trabalhe em seco na hora da partida O tubo de aspira o deve tamb m ficar cheio de gua 5 6 7 Bombas submersas e n o submersas Geralmente as bombas de eixo vertical trabalham submersas isto ficam dentro da gua e s o comandadas por um motor cujo eixo prolongado e fica fora de gua O motor fica fo
195. m barragens de montanha b Economia na descarga de fundo uma vez que o comprimento menor c Economia nas tomadas de gua porque o comprimento menor e as torres apoiam se directamente no talude de montante vertical d Facilidades no desvio do rio O tempo de retorno de uma cheia de projecto pode ser menor porque se houver um galgamento durante a constru o os preju zos s o insignificantes e que n o sucede com as barragens de terra INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 10 Um galgamento durante a constru o de uma barragem de terra provoca enormes danos ao meio ambiente devido ao arrastamento de enorme quantidades de sedimentos para o rio o que n o sucede nas barragens de BCR e Redu o do prazo de constru o Na barragem de terra muitas vezes durante as pocas pluviosas h necessidade de suspender as obras A constru o de aterros com os solos encharcados invi vel f A tecnologia dos materiais mais homog nea o que n o sucede com os solos e com os enrocamentos g Menores volumes de materiais a serem lan ados h Menores reas de implanta o o que d possibilidade de escolher a melhor funda o 1 Diminui o da folga e da altura de lamina o de cheia proporcionando um maior volume de armazenamento j Maior grau de mecaniza o k Possibilidade de se construir uma barragem por fases relaciona
196. mo e recomend vel Com estes dois tipos de teste pode se projectar uma bateria de furos segundo crit rios t cnicos que avaliam os efeitos de interfer ncia entre furos numa dada rea INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO HI CONDUTOS PRESSURIZADOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IIl i INDICE 3 Cond tos s b pressdD E uses casi a a Ra Canis aca dida add 1 3 1 Linha de cara cenit ea r a oa E EAEE A EESE DARI AR EEEE N l 3 2 Perfis em rela o linha de carga carga Eanes es AE A aaa 3 DD se TASU A e e aa 3 E PAROA T ENO e EE EE AE E EEE EE E 4 3 2 3 SITUA O ii areira E EE A EAA EAE EAEE ERE 5 S SE ESTE ETEN 1o E T T E E 6 EA TE E E O EPE E E T da OUTRO ad a 6 IAGO SUA AO eaea r A a DEN ERR O EAS 7 3 2 7 T SVA hO eeir oe ae aaa EARE ETAS dan ha EEEE ATEA IREE aS 8 SWARE T E AE E A E E R ATE a R 8 3 3 Velocidade nas tubagens pas mai Nida pias IO ADELA OST TEA AS 14 3 4 Velocidade m xima na descarga livre sa pivasaaa siga AS abadia 15 3 5 Transmiss o da energia hidr ulica numa tubagem sssssseeeeeeesssssse serres 16 3 6 Curvas caracter sticas de LUBASENS sis aais pa ires rege db pads aa bass cuia 17 3 7 Cond toseg ivaleNtES sisser esinte ns bato po jan 0S Abono Susa Pa US pa bs 19 3 7 le Tuba enS Sp
197. mum cujo valor deve ser reconhecido por todos Cada um tem o dever de a economizar e utilizar com cuidado 11 A gest o dos recursos h dricos deve inserir se no mbito da bacia hidrogr fica natural e n o no das fronteiras administrativas e pol ticas 12 A gua n o tem fronteiras um bem comum que imp e uma coopera o internacional INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 3 1 0 Hist ria A hidrologia uma ci ncia muito antiga e nasceu com a irriga o nos vales do rio Nilo e do rio Amarelo A irriga o deve sua origem geometria matem tica e hidrologia A hist ria da hidrologia compreende 1 Per odo de Especula o At ao ano 1400 Todos os conhecimentos fluviais s o encarados como forma divina e disso se aproveitam os sacerdotes eg pcios 2 Per odo de Observa o 1400 a 1600 Em pleno renascimento come a a definir se uma tend ncia para explicar racionalmente os fen menos naturais 3 Per odo de Medi o 1600 a 1700 J se medem as chuvas a evapora o e os caudais do rio Sena no reinado de Lu s XIV Com o aparecimento do rel gio aparece a no o de caudal 4 Per odo de Experimenta o 1700 a 1800 Aparecem os grandes t cnicos de hidr ulica Bernoulli D Alembert Ch zy Em 1760 criada em Fran a a primeira escola de engenharia cole des Ponts et Chauss es 5 Per odo de Moderniza o
198. nam se rotativas como por exemplo as bombas de engrenagens de palhetas as helicoidais parafuso de Arquimedes as de vortex etc 5 6 2 Turbobombas ou hidrodin micas O interc mbio de energia depende das for as din micas originadas pelas diferen as de velocidades entre o fluido que escoa e as partes m veis da m quina Conforme o escoamento do fluido pelo propulsor assim as turbobombas podem ser classificadas em radiais axiais e mistas Se o deslocamento do fluido atrav s do propulsor for na direc o do respectivo propulsor a bomba radial se a direc o do fluxo acompanhar a direc o do eixo a bomba axial Entre as duas posi es situam se as mistas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 11 5 6 3 Velocidade espec fica sendo n rota o da bomba r p m Q caudal m s H altura manom trica m Define se como a rota o de uma bomba posta a funcionar com um caudal de 1 00 m s afim de elevar a gua a 1 00m de altura Os tr s tipos de bombas radiais axiais e mistas distinguem se pelas respectivas velocidades espec ficas n o havendo uma clara separa o entre elas Os propulsores destinados a grandes alturas manom tricas t m baixa velocidade espec fica em oposi o aos propulsores para pequenas alturas de eleva o que t m grandes velocidades espec ficas 5 6 4 Tipos de propulsores Nas bombas centrifugas os propu
199. nas a mais ecl ctica Existem duas esp cies de turbinas FRANCIS FRANCIS caixa aberta Recomend veis para aproveitamentos hidroel ctricos com queda at 10m O rotor o distribuidor o tubo de aspira o e parte do eixo ficam situados dentro de uma c mara em comunica o directa com a c mara de carga e abaixo do n vel m nimo de montante O eixo pode ser horizontal ou vertical FRANCIS caixa espiral Para quedas acima de 10m Para o caos de minicentrais o eixo fica disposto horizontalmente devido s facilidades de instala o e manuten o As turbinas FRANCIS classificam se segundo a velocidade espec fica em Lentas di metro de sa da sensivelmente menor que o de entrada Normais di metro de entrada e sa da s o iguais R pidas di metro de sa da maior que o da entrada Muito r pidas o bordo de entrada das p s fica muito inclinado at ao eixo o que lhe d caracter sticas de h lice O aproveitamento do rio Lima em Portugal tem duas turbinas FRANCIS queda de 179m pot ncia por turbina de 14 MW Castelo de Bode tem 3 turbinas FRANCIS com H 95m e pot ncia por turbina de 80 MW INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 5 A barragem de Itaip no Brasil tem 12 turbinas FRANCIS gerando um total de 12 000 MW A turbina BANKI considerada uma turbina de ac o na qual o fluxo de gua atravessa o rotor cil ndrico transversalm
200. nde recebem a recarga do aqu fero rea de reabastecimento INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 6 Recarga Po o fre tico Po o fre tico rmm Po o arteziano jorrante x 7 Superficie piezom trica S k a NA E 3 HH il E E Superficie fre tica pes N da RZY NA Aquifero fre tico Aquifero confinado alinea coro DID RN DD VISTE INDO e Estrato imperme vel Figura 2 2 3 1 Aqu fero confinado 2 2 3 Aqu feros semi confinados Possui no topo uma camada semi imperme vel e na base uma camada imperme vel A camada do topo geralmente xisto tem permeabilidade mais baixa do que o aqu fero O fen meno da drenagem sempre na direc o vertical pode ser no sentido do agu fero para a camada semi confinante ou vice versa de acordo com a posi o relativa entre superf cie piezom trica e a superf cie fre tica Nestes aqu feros a componente vertical da permeabilidade da camada semi confinante muito maior do que a componente horizontal que desprezada para fins pr ticos 2 2 4 Aqu fero inconfinado ou semi livre Quando a componente horizontal da permeabilidade apresenta um valor da ordem de grandeza aproximadamente igual ao da componente vertical estamos em presen a de um aqu fero semi livre INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CUR
201. ndensa o continua evoluindo provocando difus o do vapor super saturado e a sua consequente condensa o em torno de got culas que aumentam de tamanho A chuva leve tem um di metro m dio de gota de 0 45 mm e a velocidade de queda de 2 0m s A chuva forte 15 a 20 mm h apresenta um di metro m dio de 3 0 mm por gota e uma velocidade de queda de 8 0 m s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 23 A provoca o artificial de chuvas feita a partir de nuvens favor veis com base nas teorias da condensa o de vapor de gua sobre as got culas As nuvens frias s o bombardeadas com anidrido carb nico s lido em part culas ou com cristais de iodeto de prata com vista a originar a forma o de cristais de gelo Nas nuvens quentes usa se o cloreto de s dio em solu o a fim de se obter got culas em solu o salina de menor tens o de vapor de gua Tamb m se tem tentado provocar nuvens atrav s da forma o de correntes de convec o t rmica obtidas pelo aquecimento do ar em reas relativamente grandes fontes t rmicas dispostas no solo em grande n mero 1 4 2 Tipos de Chuva Existem tr s tipos de chuvas diferentes de acordo com o movimento vertical do ar chuvas cicl nicas ou frontais chuvas convectivas chuvas orogr ficas 1 4 2 1 Chuvas Cicl nicas ou Frontais Est o ligadas aos movimentos de massas de ar de regi es de alta pres
202. ndidade y denomina se inferior torrencial r pido ou supercritico O escoamento a que corresponde uma unica profundidade y chamado de critico ES l ys Q Const l Yc j yi Figura 9 10 2 Num canal com A e Q constantes e i invari vel i inclina o ou declividade Aumentando i diminui y e vice versa portanto o aparecimento de um dos regimes depende da declividade i do canal Para INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 11 l declividade critica o regime critico i lt i regime subcritico i gt i regime supercritico Sendo 2 U A ou F U gy NE 9 11 Escoamento critico Ao escoamento critico corresponde a energia especifica m nima Se igualarmos a zero a derivada da express o Q E y 2 g A obtemos a equa o caracter stica do regime critico dE d Q y 3 dy dy 2 g A o dA gA dy como dA _ p dy Obt m se a equa o caracter stica do regime critico em canais o A g B Como Q A U e s B temos U 1 V8Ym INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 12 No regime critico o factor cin tico e o numero de Froude s o iguais unidade O escoamento no regime critico n o est vel porque a menor mudan a de energia especifica provoca altera o na profundidade da gua n
203. ndo as guas de esgoto provenientes de uma bacia bairro ou sector se encontram num ponto baixo sem sa da Neste caso utiliza se uma esta o de bombagem que encaminha os esgotos para pontos de f cil sa da sendo o caudal de chegada vari vel com as horas do dia os esgotos acumulam se em po os de tomada e s o bombeados quando o n vel atingido assim o exigir c Bombagens de esta es depuradoras Muito semelhantes al nea anterior s que em grandes dimens es Em esta es de grande porte instalam se bombas de capacidades diferentes que isoladas ou em conjunto bombeiam os esgotos para as primeiras unidades de tratamento sem interrup o e aproximadamente com o mesmo caudal de chegada d Bombagens finais S o bombagens efectuadas nas esta es de tratamento de esgotos A gua depois de receber um tratamento adequado de modo a atenuar ou eliminar a carga poluidora restitu da ao sistema hidrogr fico da regi o A altura a ser vencida quase sempre reduzida lt 10m mas a tubagem poder ser n o longa 5 2 Instala es de bombagem O conjunto constitu do pela tubagem e pelos meios mec nicos de eleva o denomina se sistema de eleva o Um sistema de eleva o comp e se de INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 4 a Tubagem de suc o ou aspira o b Conjunto moto bomba c Tubagem de eleva o ou compres
204. nosa Por outro lado a perfura o com sonda rotativa obriga dissemina o da lama de perfura o que colmata as paredes do po o e de dif cil remo o mec nica Neste caso usam se os m todos mec nicos adicionando se compostos qu micos que actuam como dispersantes desfloculando a argila existente no aqu fero Os dispersantes mais utilizados s o o hexa metafosfato de s dio tetra pirofosfato de s dio tri polifosfato de s dio e o tanino comercial INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 11 29 2 2 14 Medi o de caudal O dimensionamento correcto do equipamento de extrac o de gua de um po o s poder ser bem dimensionado conhecendo se o caudal e o n vel din mico Os m todos utilizados para a medi o do caudal de um po o s o os seguintes a recipiente de volume conhecido cronometragem b flutuadores c descarregadores d orif cio circular tubo de Pitot e descarga livre em tubo horizontal f medidor diferencial em cotovelo a recipiente de volume conhecido cronometragem Consiste em cronometrar se o tempo de enchimento de um recipiente de volume conhecido por ex tambor de 200 1 O n vel da gua descarregada oscila muito especialmente para vaz es superiores a 15 1 s motivo porque se cometem erros na ordem de 15 ou mais b m todo do flutuador Embora n o d muita precis o praticado por n o exigir
205. nte cheia e a velocidade uniforme se H for constante INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IHI 16 Sendo a gua um liquido real a LCE n o considerando as perdas de carga localizadas coincide com a linha piezom trica efectiva e o c lculo feito pelas seguintes equa es Q U s Q J 8B i p p 3 5 Transmiss o da energia hidr ulica numa tubagem As tubagens nas instala es hidroel ctricas denominadas condutas for adas alimentam as turbinas e fazem transmiss o de energia Estas tubagens partem de um reservat rio e terminam num local turbinas Pelton ou numa entrada adequada s turbinas de ac o FRANCIS KAPLAN SL PCE Turbina Figura 3 5 1 H altura bruta H H J H queda til J perdas de carga O rendimento da tubagem dado por H H J J T 1 H H H INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 17 As perdas de carga diminuem quando aumenta o di metro e pela equa o acima v se que aumenta tamb m o rendimento Mas o aumento do di metro sofre limita es de origem econ mica Para cada instala o a pot ncia til gerada P 7 0 H n sendo P pot ncia til kW A peso vol mico y p g kN m Q caudal m s H queda til m n rendimento global menor do que 1 adimensional As p
206. o poss vel relacional o grupo hidrol gico do solo com a sua granulometria Para tal utiliza se o seguinte baco triangular de classifica o textural e a sua vers o modificada para determina o do grupo hidrol gico INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 7 JEES AAV N 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 PERCENTAGEM DE AREIA y ZN 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 PERCENTAGEM DE AREIA Os valores de precipita o efectiva Pe s o obtidos atrav s da seguinte f rmula INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 60 P 5080 CN 50 8 P 20320 CN 203 2 sendo Pe precipita o efectiva em mm P precipita o em mm CN curva n mero obtida nas tabelas depois de uma classifica o in loco criteriosa Os valores CN obtidos nas tabelas devem ser corrigidos levando em conta as condi es anteriores de teor em gua do solo Esta correc o leva em conta tr s condi es antecedentes de humidade AMC I Solos secos abaixo do emurchecimento N o devem ser considerados em estudos de caudais de cheia AMC IJI A humidade corresponde capacidade de campo Solo h mido d origem a escoamentos m dios AMC III Solo muito encharcado quase saturado condi es de empo amento
207. o metal pl stico etc No primeiro caso n cleo argiloso os materiais utilizados devem ter caracter sticas de baixa permeabilidade a fim de garantir caudais m nimos de percola o baixa erodibilidade pouco risco no carreamento de finos e alta deformabilidade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 18 A deformabilidade limita as fissura es que ocorrem durante a constru o e ap s o enchimento da albufeira Em suma o n cleo deve ser constitu do por materiais que apresentem alta resist ncia ao cisalhamento As barragens com face de bet o ou outro material t m sido motivo de acesas controv rsias devido a m s experi ncias anteriores onde ocorreram grandes infiltra es provocadas por fissura es Mas estas barragens t m vindo a ser aperfei oadas por apresentarem vantagens como sejam a Menor custo b Maior rapidez na constru o c N o h possibilidade de ruptura por eros o interna como sucede no n cleo argiloso quando h grandes deforma es do maci o A compacta o do maci o inicialmente muito deficiente era conseguida com passagem de tractores pesados tipo D8 ou D9 resultando um corpo compress vel Actualmente a compacta o feita com rolos vibrat rios met licos lisos com peso est tico superior a 9t estes rolos s o muito eficientes na compacta o de camadas de enrocamentos at Im de espessura O problem
208. o canal e com ela uma mudan a no regime de escoamento Tendo em vista que no regime critico U r e Ym 8 Podemos escrever U xY m 2 g 2 e concluir que no regime critico a carga cin tica igual a metade da profundidade media Se o canal for rectangular B b e considerando um caudal por unidade de largura ra e sendo a rea da sec o A b y teremos 2 Ye s Ee g Uma express o aproximada para a profundidade critica em canais rectangulares y 048 4 9 12 Exist ncia do regime critico Considerando as express es 2 U A L 2 g 2 2 quando F A 1 o regime critico e ent o O dm 2 8 2 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 13 2 U make e Quando F lt 1 temos A lt Ym O regime lento ou subcritico E DO da a e Quando F gt 1 temos T gt O regime r pido ou supercritico E i y Sendo TE a carga cin tica e EE a energia potencial E SAEI AA O Sado da No regime subcritico CR a energia potencial maior do que a energia 8 cin tica kem a U andre e a No regime critico T SEA h equil brio entre a energia potencial e a energia 8 cin tica 2 No regime supercritico RR gt E Ym 2 a energia cin tica maior do que a energia potencial Num canal podemos verificar mudan as de regimes de subcritico para supercritico e vice versa quando h aumentos
209. o das v lvulas deve ser muito lenta com tempo muito inferior ao tempo da tubagem Existem v lvulas com dispositivos que limitam o tempo de seccionamento 7 8 Golpe de ar ete em condutas elevat rias Como j foi referido anteriormente o golpe de ar ete a varia o brusca de press o acima ou abaixo do valor normal de funcionamento devido s mudan as bruscas da velocidade da gua Lei de JOUKOWSKY ho max x Vo g em que Uo velocidade na tubagem g acelera o da gravidade a celeridade velocidade m dia com que a varia o de press o percorre a tubagem x a t 9900 d483 Kx e a celeridade da onda m s D di metro dos tubos m e espessura dos tubos m K coeficiente fun o do m dulo de elasticidade do material dos tubos K f E INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 11 10 gan E Quadro 7 8 1 caracter sticas das tubagens J OUKOWSKY Chama se per odo de tubagem tempo de reflex o ou per odo cr tico ao tempo necess rio para a onda de press o ir da bomba ao reservat rio e retornar A a u sendo u Per odo da tubagem s L comprimento da tubagem m a celeridade m s sobrepress o m xima sendo a celeridade U velocidade na tubagem m s g acelera o da gravidade 9 81 m s Numa conduta a funcionar por gravidade ao fechar se bruscamente uma v l
210. o eixo da barragem para montante a fim de preservar uma bela ponte romana em arcos m ltiplos e Antropologia A futura albufeira poder destruir antigos povoados ou cemit rios de indiscut vel valor hist rico A inunda o de um cemit rio um forte motivo para resist ncias Igrejas s o bandeiras para a resist ncia implanta o de uma barragem f Est tica raramente uma barragem n o melhora a paisagem Um espelho de gua entre montanhas sempre um agrad vel cen rio Hoje h a preocupa o de melhorar todo o sistema paisag stico atrav s da implanta o de florestas adequadas g Qualidade da gua quando um rio represado altera se a qualidade da gua Com efeitos benef cios apontamos a redu o da turbidez da dureza da cor do DBO e dilui o dos poluentes Mas h efeitos adversos como a pouca aera o que provoca o aumento das algas e estratifica o t rmica h Eutrofiza o o enriquecimento de corpos de gua parada ou estagnada atrav s de nutrientes trazidos por outras guas O resultado um excessivo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 21 crescimento de algas com efeitos adversos na vida dos peixes A eutrofiza o excessiva de uma albufeira pode provocar o aumento desmesurado de flora aqu tica comprometendo a vida til do lago H casos em que tem comprometido a navega o em grandes lagos
211. o ideal quando se pretende transferir gua no espa o Mas medida que se v o esgotando os locais topogr ficamente prop cios mais vai sendo necess rio aplicarem se m todos mec nicos para a eleva o da gua Os sistemas que operam por gravidade apresentam desvantagens apesar de serem muito econ micos A reduzida flexibilidade uma das grandes desvantagens O sistema est limitado pelo desn vel e pelo caudal Qualquer aumento num deles n o f cil J um bombeamento mec nico da gua permite o aumento de ambos com relativa facilidade V o sendo cada vez maiores e melhores os aperfei oamentos t cnicos quer no que diz respeito tubagem quer no que diz respeito s bombas 5 1 Aplica es dos sistemas de eleva o 5 1 1 Capta o de gua de rios E um dos maiores campos de aplica o das bombas A escolha da bomba exige conhecimentos devidos a factores diversos como as varia es no n vel de gua e a qualidade da gua 5 1 2 Capta o de gua de lagos e barragens albufeiras A grande oscila o que se verifica nas albufeiras obriga instala o de equipamento apropriado para trabalhar a v rios n veis As bombas s o instaladas em torres de tomada constru das nas margens dos lagos 5 1 3 Extrac o de gua de po os Quando se pretende captar gua de po os surgem as seguintes dificuldades a Espa o reduzido para a montagem do equipamento b N vel din mico de gua si
212. o percolada k coeficiente de permeabilidade h h2 altura de gua nas extremidade do leito INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA T 11 hi he Ju 1 Plano de refer ncia Figura 2 2 6 1 Demonstra o pr tica da Lei de Darcy Hubbert Demonstra o pr tica da Lei de Darcy 1 Entrada de gua Q P Press o em 1 h z Y 2 Sa da de gua ap s ter atravessado o meio poroso de comprimento dl e rea A P Press o em 2 h z velocidade aparente de filtra o k permeabilidade ou conductividade hidr ulica A Lei de Darcy v lida para um numero de Reynolds R lt 1 que o caso geral dos escoamentos em hidr ulica subterr nea INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA H 12 As vezes R chega a atingir o valor 1 sem que se percam as condi es de regime laminar E muito usual escrever se a lei de Darcy v r dl sendo V velocidade do fluxo no ponto considerado k coeficiente de permeabilidade dh diferen a de altura entre o ponto considerado e um ponto tomado arbitrariamente dl dist ncia entre dois pontos ao longo da direc o m dia do fluxo Num aqu fero livre dh sin a F a sendo a ngulo f
213. o semi espiral Quanto ao eixo da unidade elas podem ser de eixo vertical ou horizontal sendo as primeiras utilizadas com maior frequ ncia Uma forma aperfei oada da turbina H LICE a turbina KAPLAN que apresentam os rotores com p s de passo vari vel Torna se evidente que consoante as varia es de caudal e de queda podem ser modificadas as p s aumentando o rendimento Assim para cada posi o das p s corresponde uma turbina H LICE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VI 6 Modernamente apareceram as turbinas BOLBO que s o turbina KAPLAN instaladas em inv lucros fechadas e submersos pr prios para gerar energia utilizando pequenas quedas em rios muito caudalosos S o muito conhecidas as turbinas STRAFLO do ingl s straight flow escoamento directo As maiores turbinas KAPLAN est o instaladas nos E U A e na R ssia Tamb m a turbina PELTON sofreu modifica es originando a turbina TURGO Nestas turbinas o jacto e as p s t m inclina es de tal modo que a guas choca com a concha e sai em sentido contr rio com a mesma inclina o originando um maior rendimento 6 5 Tubo de aspira o difusor A fun o do tubo de aspira o a de aproveitar o desn vel que fica entre o rotor e o n vel da gua a jusante no canal de restitui o e tamb m a energia cin tica que existe sa da do rotor Conforme as caracter sticas da queda e d
214. olhado m nimo GE a do Para transformar graus em radianos multiplicar por 0 01745 1 radiano 57 2957 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 25 Sec es Largura da Per metro Raio hidr ulico boca Molhado 0 em radianos Derivando e simplificando vem 2 9 sin 0 0 1 cos 9 cuja solu o O 7 Donde se conclui que a sec o molhada de m xima efici ncia o semic rculo onde INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1X 26 A f rmula de Manning para um canal de sec o circular p f E eN a U 0 2 52 n D 0 sin 0 J i a A 20 2 n 0 Quando um canal tem di metro D e declividade i constantes as f rmulas indicam nos que a velocidade U e o caudal Q apenas variam com o ngulo O ou com a profundidade y Pelas derivadas igualadas a zero das express es de U e Q verifica se que a velocidade m xima ocorre quando 0 257 gt y 0 81 D O caudal m ximo ocorre quando 0 308 gt y 0 95 D Nos esgotos por exemplo as sec es funcionam parcialmente cheias e ent o podemos concluir Sendo me D 2 A eia 0 78 D rea da sec o cheia A rea da sec o parcialmente cheia D aariat aai R R T raio hidr ulico da sec o cheia R raio hidr ulico da sec o parcialmente cheia R sin O Rn
215. olo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 15 Como quase sempre os solos arenosos t m fraca coes o a abertura feita com escoramentos cil ndricos de madeira que v o descendo medida que a escava o se vai efectuando Quando se atinge a gua h necessidade de se efectuar uma bombagem para se prosseguir com a escava o Quando se penetra a superf cie da forma o arenosa que contem gua tem inicio o revestimento Para isso assenta se no fundo do po o uma sapata de bet o onde ir o assentar os primeiros tijolos do revestimento do po o Os tijolos dever o ser perfurados e os furos preenchidos com cascalho fino Os tijolos s o rejuntados com areia e cimento at altura do n vel de gua A partir deste ponto usam se tijolos maci os at boca do po o Um outro processo mais r pido consiste em descer manilhas porosas neste caso o di metro do po o depende dos di metros existentes no mercado que v o sendo rejuntados at se atingir uma profundidade superior do n vel fre tico H sempre necessidade de se proceder ao esgotamento da gua Quando se atinge a profundidade desejada pode por se s manilhas no fundo ou adaptarem se uns tubos com di metro dimensionado de acordo com a granulometria do material em forma de estrela que penetram para os lados do po o Vantagens dos furos escavados Custo baixo a profundidade pequena
216. onciliam a economia com o bom funcionamento Para guas com materiais finos em suspens o n o conv m que a velocidade seja inferior a 0 60 m s Nas redes de distribui o de gua utiliza se a seguinte f rmula U ax 0 6 1 5 D max sendo U velocidade m xima m s max D di metro m Nas instala es prediais a velocidade m xima n o deve ultrapassar os 2 0 m s Para as instala es elevat rias as velocidades m dias situam se entre 0 60 e 2 00 m s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 15 As maiores velocidades permiss veis ocorrem nas tubagens for adas das instala es hidroel ctricas turbinas onde chegam a atingir velocidades superiores a 7 0 m s Para um pr dimensionamento pode adoptar se como velocidade m dia U 1 0 m s nas tubagens de adu o e distribui o de gua 3 4 Velocidade m xima na descarga livre Figura 3 4 1 A gua em R possui relativamente ao ponto B uma determinada energia potencial que se transforma em energia cin tica logo que se estabelece o fluxo entre A e B Se o n vel de gua em R for constante na SL temos P Us P aU H Po dg y Dep U 0 U p 2 g H Se a gua fosse un fluido perfeito a velocidade s dependeria de H e o movimento seria uniformemente acelerado como em queda livre As perdas de carga fazem com que a sec o do tubo fique completame
217. oo so i00 0050 022361 10 447 mo 500 Doo so iso 0050 018166 15 825 Emo FE Doo so o 0050 022361 10 447 SSO mos 750 Do so iso ooo ossi66 15 825 SOO E o mm Do so io 0 0500 022361 10 447 750 00 Doo 5 2500 O 00200 014742 25 1768 700 gt MM SO 1200 E 00200 02742 25 jo nas e e 650 ES 50 Do so 2500 00200 0 12142 2 5 1768 E 750 O Doo 2 2500 0 0050 008944 2 5 2795 550 ES 20 00 A O Doo o 500 oooso 007745 so 6445 E 25 00 MA O 25 0 2 A 25 0 V Se 2 TE S 0 0170 191 61 Declividade Equivalente Constante INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 21 Folha de C lculo Altitudes Desn veis Dist entre Dist ncias Declives Dist ncias AH Altitudes Acumuladas Reais H m m D m Km L Km INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 22 1 4 Precipita o A precipita o e a evapora o s o factores clim ticos indispens veis para o estudo do regime hidrol gico de uma regi o Tamb m necess rio conhecer se os outros fen menos meteorol gicos relacionados com precipita o e a evapora o tais como ventos humidade do ar temperaturas e radia o solar 1 4 1 Forma o e Tipos de Precipita o A fase atmosf rica da precipita o d
218. ormado pela linha de escoamento com o plano horizontal de refer ncia Dupuit foi quem primeiro estabeleceu leis sobre o fluxo te rico de gua em aqu feros livres Em 1935 Theis abordou a teoria de um po o em aqu fero homog neo introduzindo a no o de tempo Actualmente existe um numero elevado de express es matem ticas em hidrogeologia As teorias de Thiem Theis Jacob e Rose Smith s o as mais conhecidas 2 2 7 Terminologia Quando um po o est a ser bombeado forma se em volta do mesmo um cone de depress o com o v rtice voltado para o fundo do po o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 13 H Raio de influ ncia E Ra de influ ncia NE s a A Superficie piezom trica original m ND N vel din mico NE ND RE O Camada imperme vel Figura 2 2 7 1 Cone de depress o n vel est tico superf cie livre da gua dentro do po o medida a partir da superf cie do solo Corresponde press o neutra do aqu fero n vel din mico n vel da gua dentro do po o quando este est a ser bombeado Mede se a partir da superf cie do solo at ao n vel da bombagem rebaixamento diferen a na vertical entre NO e NE raio de influ ncia dist ncia a contar do centro do po o at ao ponto em que a superf cie do cone de depress o encontra a superf cie horizontal do NE coeficiente d
219. pidos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 50 Perfil Crager Canal r pido Salto Sky Figura 9 32 2 1 O salto de sky exige boa funda o rocha compacta A gua ap s percorrer o canal r pido com velocidades elevadas Fr gt 1 lan ada para o rio onde provoca ou aberta artificialmente uma fossa de amortecimento 9 32 3 Bacias de dissipa o Quando os caudais s o elevados e n o existe boa funda o inexist ncia de rocha s o adoptadas as bacias para dissipar a energia Estas bacias s o muito usadas nos descarregadores de barragens Como o comprimento regra geral muito grande costuma dotar se as bacias dissipadoras de elementos construtivos que actuando no ressalto diminuem o comprimento a velocidade e a cota da plataforma al m de uniformizarem a distribui o das velocidades Os elementos construtivos s o os seguintes blocos de queda blocos amortecedores e soleiras terminais Os blocos de queda s o constru dos no inicio da bacia dissipadora a fim de aumentarem a profundidade do escoamento e dividi lo em m ltiplos jactos Os blocos amortecedores estabilizam o ressalto aumentam o turbilh o melhorando as condi es hidr ulicas As soleiras terminais s o degraus dentados ou cont nuos com paramentos de montante inclinados permitindo a remo o de material s lido INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNI
220. pontos dela est o a contribuir para o escoamento e ap s o qual este escoamento permanece constante enquanto a chuva for constante Os factores que influenciam o Tempo de Concentra o de uma dada bacia s o gua e forma da bacia Declividade m dia da bacia Tipo de cobertura vegetal Comprimento e declividade do curso principal Comprimento e declividade dos afluentes INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 38 Dist ncia horizontal entre o ponto mais afastado da bacia e a sua sa da coeficiente de rugosidade do canal de escoamento Em bacias pequenas at 25 Km haver uma grande influ ncia das condi es do solo em que ela se encontra no in cio da chuva isto o teor em gua antecedente no solo da altura de gua no canal de escoamento do rio e da altura e distribui o da chuva Estes factores influem sobre o defl vio das seguintes maneiras a A descarga anual cresce de montante para jusante medida que aumenta a rea da bacia hidrogr fica b As varia es dos caudais s o tanto maiores quanto menores forem as reas das bacias hidrogr ficas c Para bacias pequenas as precipita es geradoras de grandes caudais t m grande intensidade e curta dura o para a bacias de grandes reas as precipita es ter o menor intensidade e maior dura o d Para uma mesma rea de contribui o as varia es dos caudais instant neo
221. quena O seu emprego mais eficiente quando os aqu feros apresentam granulometria uniforme INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I1 28 O m todo consiste em bombear se o po o com um caudal maior do que aquele que ele suscept vel de oferecer Isto provoca um rebaixamento maior o que faz com que as part culas menores se desloquem A super bombagem requer o uso de equipamento com capacidade maior do que o normalmente utilizado M todo do pist o um m todo simples que combina rapidez e efici ncia com simplicidade de opera o e baixo custo O equipamento n o sofisticado Opera se um pist o dentro do po o com movimentos de subida e descida provocando um fluxo e refluxo da gua segundo a direc o do aqu fero Este movimento origina o rearranjo dos gr o em torno do filtro melhorando a permeabilidade M todo do jacto de gua Este m todo consiste em se lan ar jactos de gua a alta velocidade atrav s dos furos dos filtros provocando um turbilhonamento nas paredes do po o com remo o das part culas finas Geralmente empregado com sucesso em furos perfurados com sonda rotativa ou com furos cujo aqu fero contenha argila ou silte misturadas com o material arenoso 2 2 13 M todos qu micos S o utilizados nos aqu feros pobres onde a baixa permeabilidade devida presen a de argila ou silte disseminadas na matriz are
222. quenas reas existe j um quadro com os par metros a e b aplicados s v rias regi es do pa s I a t I intensidade m dia m xima da precipita o mm h para a dura o t em minutos Tempo de retorno Intensidade de precipita o Tr anos T mm hora t minutos Valores da Intensidade de precipita o para o Algarve Tempo de retorno Precipita o Tr anos P mm t horas Valores de Precipita o acumulada para o Algarve tr tempo de retorno n mero de anos necess rios at que a magnitude de um fen meno seja igualada ou ultrapassada 1 5 Infiltra o Infiltra o o processo pelo qual a gua penetra no solo e se move para baixo em direc o ao len ol fre tico devido ac o da gravidade e ao potencial capilar O solo pode absorver a gua da chuva at um certo valor de intensidade acima do qual se d o escoamento superficial INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 30 Exemplo N o h escoamento Atingindo a capacidade de infiltra o chuva 30 mm h ou taxa de infiltra o f infiltra o de 30 mm h Os valores apresentados s o meramente explicativos Se a chuva for inferior a 30 mm h o solo n o atinge a capacidade de infiltra o e fica dispon vel para outra chuvada n o h escoamento chuva 45 mm h A chuva excedeu a capacidade de infiltra o H excesso de precipita o de 1
223. r diferen a a capacidade de infiltra o Para pequenas bacias o erro produzido pelo retardamento devido intercep o e 2 armazenamento em depress o menor que para grandes bacias Em grandes bacias consegue se obter uma capacidade de infiltra o m dia 3 D O A 6 0 T Tempo Precipita o Escoamento Escoamento Intensidade de superficial superficial precipita o minutos mm m 3 s mm h mm h INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE 6 5 4 Capacidade de infiltra o mm h UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 32 1 5 2 Factores que Afectam a Capacidade de infiltra o A capacidade de infiltra o influenciada pelos factores a seguir mencionados Humidade do solo permeabilidade do solo temperatura do solo e profundidade da camada imperme vel Um solo seco tem maior capacidade de infiltra o porque se somam as for as gravitacionais e de capilaridade A cobertura vegetal a compacta o a presen a de materiais finos ou grossos s o preponderantes no fen meno da infiltra o H tend ncia para confundir se capacidade de infiltra o com permeabilidade Permeabilidade a velocidade de infiltra o para um gradiente unit rio de carga hidr ulica num fluxo saturado atrav s de um meio poroso A capacidade de infiltra o depende da temperatura da gua e da condi o de contorno ou seja da profundidade do solo Capacidade de campo
224. r odo At h altura m dia da l mina de gua Se dividirmos todas as ordenadas Q do hidrograma observado pela altura m dia h achamos o HU ou seja ba 2 a i 1 9 9 Hidrograma Unit rio Triangular HUT O m todo foi concebido pelo SCS Soil Conservation Service nos EUA em 1957 e pode ser aplicado em bacias com reas at 500 Km Por este m todo obt m se os INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 57 caudais referentes a chuvas conhecidas ou determinadas por processos estat sticos curvas udom tricas Sua utilidade enorme no dimensionamento de estruturas hidr ulicas em regi es de escassa ou nenhuma informa o hidrol gica Os par metros utilizados para a obten o de um HUT s o os seguintes T 2 08 A T sendo qp caudal especifico em m s cm rea da bacia hidrogr fica em Km T tempo de subida ou ascens o em horas T tempo de concentra o em horas 0 385 E T 0 39 S D dura o da chuva unit ria em horas T D 5 L estir o do rio Km declividade equivalente constante em percentagem E e q E o t horas Tp Tr T tempo de ascens o em horas T 0 6 T 2 P T tempo de descida em horas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 58 T 1 67 T Conhecidos q T Tp e T calculam se as restantes ordenadas q t estabelecendo simp
225. r quanto mais densa for a malha de furos perfurados Deste modo achamos que a cimenta o indispens vel H quatro tipos de cimenta es 2 2 10 1 Cimenta o de boca Destina se plataforma para o sistema de bombeamento e fixa o de tubagem superf cie do terreno A sua profundidade varia entre 1 e 3 m a partir da superf cie do solo 2 2 10 2 Cimenta o de fundo Quando o tubo na extremidade inferior n o provido de tamp o conveniente que se fa a a cimenta o do fundo para evitar a entrada de material para o po o Neste caso o tubo de revestimento ligeiramente levantado e em seguida leva se atrav s da concha de limpeza uma argamassa de cimento areia grossa at ao fundo do po o Esta argamassa poder atingir a altura de 1 00 m 2 2 10 3 Cimenta o para protec o sanit ria Em zonas urbanas suscept veis de polu rem as aqu feros deve proteger se o po o Se existirem fossas um po o dever ficar afastado pelo menos 50 metros Quanto forma o de material arenoso ou silto arenoso usa se uma argamassa de argila cimento na propor o 1 1 muito usada quando se pretende isolar aqu feros indesej veis INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 25 Quando a forma o argilosa a cimenta o do espa o anelar entre o tubo de revestimento e as paredes do po o feita com uma argamassa de cimento e areia na rel
226. ra de gua em n vel elevado sem estar sujeito a inunda es 5 6 8 Conjunto de ar comprimido ou air lift Muito usados em po os constam de um tubo por onde se injecta ar comprimido que obriga a gua a subir por outro tubo 5 7 Cavita o N P S H Net Positive Suction Head Numa tubagem de aspira o as press es que se verificam s o inferiores press o atmosf rica Se se verificaram press es inferiores s do vapor do l quido entrada da bomba originam se bolhas de vapor capazes de interromper a entrada da bomba al m de provocarem danos prejudiciais ao sistema de eleva o Quando as bolhas atingem o propulsor atingem implos es violentas cujos ru dos s o semelhantes a um martelamento al m de aparecerem tamb m vibra es a cavita o cujo nome deriva de aparecerem buracos ou covas no fluido escoante que por isso deixa de ser cont nuo O martelamento provoca a destrui o das paredes da carca a da bomba e das p s do propulsor e deve se a dois efeitos Mec nico O choque das bolhas provoca sobrepress es golpe de ar ete que destroem e ampliam todos os poros ou ranhuras existentes no metal Qu mico As bolhas libertam i es de oxig nio que atacam todas as superf cies met licas 5 7 1 Ocorr ncia da cavita o N o h cavita o desde que em todos os pontos do percurso do fluido a press o seja superior press o do vapor do respectivo fluido temperatura ambiente IN
227. ras o das estruturas 8 3 4 Transporte de sedimentos Uma bacia hidrogr fica de material muito fri vel sujeita a grandes eros es carreia grande quantidade de sedimentos que podem comprometer a vida til da barragem Existem casos raros de barragens completamente assoreadas antes de 20anos de uso 8 4 Classifica o de barragens As barragens podem classificar se segundo o seu uso arquitectura e materiais Uso a Barragens de deriva o constitu das em rios perenes ou perenizados por barragens a montante destinam se a desviar a gua para canais ou adutoras INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 6 b Barragens de armazenamento destinam se a armazenar as guas excedentes provenientes de chuvas que ser o utilizadas posteriormente Uma barragem deste tipo pereniza um rio intermitente c Barragens de atenua o de cheias destinam se a reter provisoriamente grandes volumes de gua que iriam inundar terras e propriedades a jusante Estes volumes retidos s o aproveitados posteriormente em gera o de energia e irriga o d Conten o de rejeitos Situadas em zonas de minera o recebem os rejeitos s lidos e l quidos das minas e evitam a contamina o dos rios a jusante Arquitectura Geralmente a arquitectura da barragem est relacionada com o tipo de vale e de funda o e consequentemente do material empregue
228. ribui o de chuvas influenciada por factores f sicos 3 M todo das isoietas um m todo mais racional uma vez que leva em conta o relevo indicado pelas isojetas O c lculo feito determinando se a superf cie compreendida entre duas curvas sucessivas e admitindo se para cada rea parcial obtida a altura pluviom trica medida das duas isoietas que a delimitam INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 26 P1 P4 P5 sendo P P 24 a m dia entre duas isoietas ba P P yi i P E E sendo A respectiva rea entre duas isoietas 4 M todo de Thiessen Considera se que as precipita es da rea determinada por um tra ado gr fico sejam representadas pela esta o nela compreendida O tra ado gr fico feito da seguinte forma Ligam se as esta es adjacentes por rectas formando tri ngulos e pelo meio dos segmentos assim obtidos tra am se normais aos mesmos As mediatrizes tra adas v o formar um pol gono em torno de cada esta o Admite se que a altura pluviom trica seja constante em toda a rea do pol gono assim definido A aplica o deste m todo imp e s observa es de cada um peso constante obtido pela percentagem da rea total representada por essa esta o po 2 PAi a INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 27
229. rimento L o conduto voltar a funcionar completamente cheio com caudal Q e perda de carga J j Ls Quando a tubagem est enterrada que o caso mais frequente e a press o em B inferior atmosf rica pode ocorrer contamina o da gua que flui no interior da conduta atrav s de defeitos nas juntas ou na tubagem sem que sejam detectados Quando sucede um caso destes costuma adoptar se a seguinte solu o divide se a conduta em dois tro os OAB de comprimento L e perda de carga J j L e BCP de INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA III 6 comprimento L L e perda total J J3 A linha de carga do primeiro tro o MB e a do seguinte ser BN Como as perdas de carga em cada tro o s o diferentes os di metros ser o tamb m diferentes e eles ser o ligados por um acess rio pe a de redu o Em B ser montada uma ventosa de duplo efeito 3 2 4 4 Situa o A tubagem corta a LCA mas fica abaixo do PCE Esta situa o pior do que a anterior O caudal n o constante Figura 3 2 4 1 H necessidade de colocar uma caixa de passagem no ponto B 3 2 5 5 Situa o A tubagem tem o tro o ABC acima do LCE e do PCE mas abaixo da LCA INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA PCA a a
230. rte fixa que serve de uni o entre o rotor e a tubagem for ada Tubagem for ada conduz a gua sob press o at ao distribuidor Tubo de aspira o Serve de uni o entre a turbina e a restitui o para o rio Inicialmente a sua fun o principal era aproveitar o desn vel existente entre o rotor e a sa da em virtude de se produzir sob o rotor uma depress o equivalente altura da coluna de gua da tubagem Modernamente o tubo de aspira o tem a forma duma buzina transformando a energia cin tica da gua sa da do rotor em energia de press es que se recupera 6 4 Classifica o das Turbinas 6 4 1 Modo de actua o da gua 6 4 1 1 Turbinas de ac o ou impuls o A gua flui com velocidade sensivelmente constante apoiando se sobre as paredes das conchas e est submetida press o atmosf rica Deste tipo de turbinas aproveita se toda a energia da gua em forma de energia cin tica Exemplo Turbina PELTON que constitu da basicamente por um rotor em torno do qual est o fixadas as conchas por uma tubagem for ada de adu o contendo um dois ou mais injectores e por blindagem met licas O jacto tangencial motivo porque estas turbinas s o tangenciais Os injectores podem ser regul veis A faixa de opera o bastante lata podendo operar entre 10 e 100 da pot ncia m xima A turbina PELTON aplica se em quedas de grande altura com pequenos caudais As vantagens da turbina PE
231. s A velocidade ideal situa se em torno de 1 0 m s comk 1 3 ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO V TURBO M QUINAS HIDR ULICAS BOMBAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Davide Santos Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Vi INDICE 5 0 Turbom quinas hidr ulicas e rrecerraeaaceneeeaeanearaanada 1 5 1 Aplica es dos sistemas de eleva o erra 1 5 1 1 Capta o de gua de TOS srn ser eree ree ni E err rera EE 1 5 1 2 Capta o de gua de lagos e barragens albufeiras eeeeencennreeeeereeeee ee 1 5 1 3 Extrac o de gua de po os sesssssesssssessreresssreesrsserierssrierssrressrrerserrererseres 1 5 1 4 Adu o por bombagem eesssssessssseesrersssresrrsssrrerssrresssressrreesssrreeerssrreeseres 2 5 1 5 Transfer ncia de gua tratada entre reservat rios ii iii 2 5 1 6 Lavagem de filtros em esta es de tratamento 2 5 1 7 Aumento de press o e de vaz o atrav s de bombas de refor o BOOSTER 2 d 1 8 Sistema de eSSOLO case lebe sites iladedo sro ae ar si ca stho cs eia dede Sabado dh Eai o ni Einin 2 5 2 Instala es de bombagem suas areen errr ee cod iaae E Te Feri 3 d 2 Altura Geom trica h aree aana Diga OS Po ela tas ab LUC Toa sbre tala La nas 4
232. s nas ltimas d cadas devido industria do petr leo Especialmente para furos de grande profundidade a tecnologia mais indicada A sondagem rotativa comp e se do conjunto b sico e conjunto complementar O conjunto b sico formado por chassis torre motor e mesa rotativa O conjunto complementar constitu do pela bomba de lama acess rios e coluna de perfura o A coluna de perfura o que a parte que efectivamente executa o po o formada por brocas comandos haste de perfura o e cabe a girat ria Accionando se a mesa rotativa todo o conjunto gira simultaneamente e a bomba de lama injecta o fluido de perfura o para dentro das hastes at broca Enquanto a broca corta o material a lama de perfura o injectada remove os detritos e sobe at superf cie pelo espa o anelar entre as paredes do po o e a coluna de perfura o Conforme a dureza e caracter sticas das rochas existem tr s esp cies principais de brocas tri cone de roletes e rabo de peixe As brocas tri cone e de roletes s o usadas na perfura o de rochas duras muito abrasivas como quartzitos conglomerados e basaltos A broca rabo de peixe recomendada em materiais moles tipo argila siltitos e arenitos argilosos Existem dois tipos de sondagem rotativa com fluido a circula o directa b circula o inversa Na circula o directa o fluido de perfura o infectado por meio de bombas pelo interior das
233. s o A aspira o e a compress o trabalham em regime permanente uniforme isto com um caudal constante e velocidade m dia constante e por isso os problemas s o resolvidos pela aplica o das equa es de Bernoulli e da continuidade A tubagem de aspira o mergulha no po o de aspira o e vai at boca de entrada da bomba A tubagem de eleva o sai da boca da bomba e termina no reservat rio 5 2 1 Altura geom trica Quando se deseja elevar um caudal Q de um reservat rio R para outro reservat rio R necess rio vencer o desn vel H denominado altura geom trica ou est tica que pode ser dividida em duas parcelas Altura est tica de aspira o ou suc o h que a dist ncia vertical do N A do reservat rio R ao eixo da bomba Conforme a posi o do eixo da bomba em rela o ao N A de R a altura est tica de aspira o pode ser positiva ou negativa positiva quando o N A estiver abaixo do eixo da bomba e negativa em caso contr rio A altura est tica de compress o a dist ncia vertical do eixo da bomba ao eixo do tubo de descarga no R Se o tubo entrar em n vel inferior ao N A tubo afogado toma se como refer ncia o N A 5 3 Altura manom trica Quando uma bomba est em funcionamento verificam se perdas de carga cont nuas e acidentais na tubagem As perdas de carga na aspira o s o 2 U J E de ou J j L a em que Ja Perda de carga total INSTITUTO SUPE
234. s o de uma tubagem costuma intercalar se um sistema de bombagem No caso de uma adutora por gravidade a coloca o de um BOOSTER faz elevar o N A no ponto final resultando num aumento de caudal na adutora No caso de uma rede distribuidora com v rias ramifica es de tubos a coloca o de um BOOSTER proporciona aumento generalizado de press o para as mesmas condi es de consumo e melhora o abastecimento dos pr dios 5 1 8 Sistema de esgoto Compreende v rias elevat rias a Bombagem para recupera o de cota em tubagem de esgoto INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 3 b Bombagens de sector c Bombagens de esta es depuradoras d Bombagens finais a Bombagem para recupera o de cota em tubagem de esgoto As condutas de esgoto precisam de certa declividade para permitir o escoamento por gravidade em regime livre Em terrenos muito planos e em extens es longas de esgoto as tubagens atingem profundidades grandes incompat veis com a constru o e depois com os trabalhos de opera o e manuten o Uma esta o de bombagem permite trazer os esgotos para posi es mais pr ximas da superf cie onde ter in cio um novo trecho de escoamento As bombas neste caso e como veremos adiante s o especiais e permitem a passagem de corpos s lidos com at 5 cm de dimens es m dias b Bombagens de sector Utilizam se qua
235. s o para regi es de baixa press o provocadas pelo aquecimento desigual da superf cie terrestre A chuva frontal prov m da subida do ar quente sobre o ar frio na zona de contacto entre duas massas de ar de caracter sticas diferentes Se o ar frio substitu do por ar quente conhecida como frente quente por outro lado se o ar quente substitu do por ar frio a frente fria As precipita es cicl nicas s o de longa dura o e apresentam intensidades de baixa a moderada espalhando se por grandes reas S o importantes na gest o de grandes bacias hidrogr ficas Os grandes rios s apresentam enchentes ap s a ocorr ncia destas chuvas nas suas bacias 1 4 2 2 Chuvas Convectivas S o t picas de regi es tropicais e resultam do aquecimento desigual da superf cie terrestre A ascens o r pida de camadas de ar super aquecido d origem a uma brusca condensa o e a uma copiosa precipita o S o chuvas de grande intensidade e curta INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 24 dura o Incidem sobre reas pequenas lt 100 Km motivo porque a preocupa o dominante em projectos efectuados em bacias pequenas 1 4 2 3 Chuvas Orogr ficas Chuvas causadas por barreiras de montanhas abruptas que provocam o desvio para a vertical ascendente das correntes a reas de ar quente e h mido 1 4 3 Medida das Chuvas A quantidade de chuva P
236. s ser o tanto maiores e depender o tanto mais das chuvas de grande intensidade quanto 1 maior for a declividade do terreno ii menores forem as depress es retentoras de gua iii mais rectil neo for o tra ado e maior a declividade do curso de gua iv menor for a quantidade de gua infiltrada v menor for a rea coberta por vegeta o e O defl vio de uma certa chuva ser tanto maior quanto menores forem a capacidade de infiltra o e os volumes de gua interceptados pela vegeta o e obst culos ou retidos nas depress es do terreno f O defl vio relativo a um longo intervalo de tempo depende principalmente das perdas por infiltra o evapora o e transpira o 1 8 3 1 Tempo de Concentra o F rmulas Existem muitas f rmulas para determinar o Tempo de Concentra o As mais usadas s o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 39 a F rmula de Z P KIRPICH muito usada nos E U A e na Am rica Latina Expressa se em fun o de L e I e a sua forma mais geral 2 0 385 TC 0392 S Sendo TC tempo de Concentra o em horas L estir o ou desenvolvimento do rio em Km S declividade Equivalente Constante do rio em Pode tamb m utilizar se sem perda de rigor a Declividade M dia do rio b F rmula de GIANDOTTI 4 AHSL TGE 0 80 H Sendo TC tempo de Concentra o em horas rea da Bacia Hidrogr fica em km
237. s arenosas a principal dificuldade o desmoronamento das paredes do po o Para eliminar este inconveniente usam se tubos de crava o medida que se vai perfurando Uma outra maneira de contornar o problema utilizar argila benton tica ou argila expansiva S ap s a conclus o da perfura o feito o revestimento Quando h n veis de contribui o nos horizontes desmoronantes os tubos devem ser perfurados ou ranhurados Amostragem do material perfurado A sondagem percuss o permite nos amostrar correctamente o material que est sendo cortado Ap s cada opera o de perfura o introduz se no po o a concha de limpeza que recolhe o material triturado existente no fundo Quando se deseja maior rigor na amostragem utiliza se uma concha especial de limpeza com bordos cortantes Percuss o rotativa com lama de circula o Utiliza se quando se deseja atingir grandes profundidades maiores que 400 m e quando se sabe que as forma es geol gicas a serem atravessadas apresentam problemas graves de desmoronamento Esta percuss o muito dispendiosa mas quando um projecto de capta o envolve um grande numero de furos torna se indicada devido rapidez no avan o da perfura o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 22 2 2 8 7 Furos perfurados por rota o A t cnica de perfura o rotativa alcan ou propor es consider vei
238. s de in rcia reduzem a amplitude da onda de depress o mas o seu emprego limita se a sistemas elevat rios cujo comprimento da linha de compress o n o exceda aproximadamente um quil metro Com a incorpora o de um volante reduzida a oscila o de press o A in rcia retardar a perda de rota es do motor e consequentemente aumentar o tempo de paragem da gua Al m dos sistemas apontados que s o os principais costumam se adoptar ainda as seguintes disposi es e 1 Usar tubagem cuja resist ncia aguente o golpe de ar ete e 2 Usar velocidades baixas entre 0 80 e 1 50 m s e 3 Usar ventosas de duplo efeito em todos os pontos altos 2 24 x 2 Regra pr tica Num tubo de a o n o haver esmagamento se a espessura em mm for igual a dez vezes o di metro expresso em metros D 800 mm gt D 0 8 m gt 10 x 0 8 8 0 mm INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO VIII BARRAGENS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA NDICE 8 O DOR Barrage UNR RO RAR RSRS E RR PORRA S Eerie S Esi 1 Bs STORE ppa Rd dE DEE ra de AE Tae 1 8 2 PIANCAMENTO iiciin erinadi siias oirin ICES EAE Se reaR E SEESE eiiean 2 BC ODJECVOS i a ua a a 2 8 3 Selec o do s tio da barragem sssseesseessssssseeeeeess
239. s rios ao longo de milhares de anos Em algumas barragens de atenua o de cheias costuma colocar se comportas no descarregador obtendo se desta maneira uma maior transfer ncia de gua no tempo INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 70 1 9 12 M todos Usados para o Dimensionamento Os m todos de c lculo de caudais de m xima cheia passaram por v rias fases Inicialmente o c lculo era baseado na experi ncia sendo deduzidas regras pr ticas Em seguida apareceram teorias baseadas em medi es e finalmente a f rmula racional O emprego indiscriminado da f rmula racional deu origem a grandes erros quase todos evidenciando super dimensionamento Ven Te Chow classificou os m todos actuais para o dimensionamento de sec es de caudais da seguinte maneira M todo do Julgamento O dimensionamento depende da experi ncia do julgamento e das informa es gerais conseguidas atrav s das pessoas residentes nos locais M todo da Classifica o e Diagn stico Faz se uma classifica o das bacias tendo em vista as condi es locais topogr fica tipo de solo e seu uso declividades intensidade das chuvas etc Em certas reas esta classifica o faz se atrav s de tabelas elaboradas para as condi es espec ficas das regi es O tipo e dimens o das sec es de caudais dependem do crit rio e experi ncia do engenheiro M todo das Regras Emp
240. scavados cacimbas estes furos podem ser desenvolvidos isto melhorados atrav s de bombagem dos drenos radiais Os furos radiais apresentam sempre uma rea de capta o maior do que os furos escavados 2 2 8 3 Furos cravados ou ponteiras S o furos de pequeno di metro para capta o r pida do len ol fre tico S o utilizados em pequenas comunidades e tamb m em obras hidr ulicas quando se deseja o rebaixamento do n vel fre tico muito pr ximo da superf cie Existe uma grande variedade de tipos di metros e tamanhos Geralmente as ponteiras t m de 30 mm 1 1 4 a 50 mm 2 de di metro mas existem ponteiras at 100 mm 4 A extremidade inferior da ponteira constru da por uma ponta de a o forjado com di metro maior do que o do tubo A ponteira de ranhuras cont nuas horizontais a mais eficiente Constru o Para se cravar uma ponteira abre se a trado com di metro ligeiramente maior um furo cuja profundidade ser at onde o terreno come a a desmoronar Em seguida afastam se os tubos geralmente de 1 m e faz se a crava o com marreta na extremidade superior do tubo que protegido por um cabe ote que receber as pancadas dadas pela marreta Se as pancadas n o forem centradas haver danos na rosca dos tubos INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA Il 18 Sistema de ponteiras Os furos cravados fornecem pequenas vaz es
241. sssar sssuadaresarensa sediada ntasbaa da 15 1 3 9 Perfil Longitudinal de um Rio sssseseeeeeeeseeesessseeesssreesserrersssrresrssreess 16 1 3 10 Padr o de drenagem eeeeeesssssseeeeeeesssssseerereresssssserereessssssssesrees 17 1 3 11 Declividade Equivalente Constante 20 T 4 Precipita o orense tensa tan aere TE AKES EAEE A ERES re nad 22 1 4 1 Forma o e Tipos de Precipita o eeeseeeeesseeeessreeerrererrserreersereen 22 1 42 Lipos dE C UN A paes ss SSD RE 23 1 4 2 1 Chuvas Cicl nicas ou Frontais iii 23 1 4 2 2 Chuvas COnvectiVaS ii iinit tiakina 23 142 3 Chuvas Oro graficas einn en a ERE EER SE 24 1 4 3 Medida das Chuvas sisone eat aU aaeeea Ea Copag ESA ae 24 1 4 4 Preenchimento de Palhass sa bssaasaesao d sis dasapgadisT gaa bossa gaeda dad Janta peagas pis 24 1 4 5 Varia o da Precipita o sssinmanenasas ossasiaar carerisossisaa tease ressosnda es 25 1 4 6 Precipita o M dia sobre uma Bacia i 25 1 4 7 Precipita es Anuais m dulos pluviom tricos 27 14 8 Valores EXtreMO S asa A GS 2T 1 4 9 Carta de Isoietas em Ano M dio 27 1 4 10 Precipita es MENSAIS ssaisigasielessiseaiso eeraa RE 21 1 4 11 Chuvas Intensas de Curta Dura o iii 28 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA H
242. ssssserrreesssssssererreess 2 S3 Topo sraa r a esa O a E SRE 3 8 3 2 Funda es cusaiossas satngaenisseddo ireen OA ES EAr PEE EE EAO Fada 0 4 RREA E Ete 1g 0l OCA praca ISE EE EEEE A E E a 5 8 3 4 Transporte de sedimentos seesssssseeeereessssesserereeesssssseerreeesssssseee 5 8 4 Classifica o de barragens essssssseesseessssssserrreeessssssereeeessssssseerreeesss 5 USO E E E E EE E T 5 VANKA LONINA 6 Ki EEEE E A E TET ETET 6 8 4 1 Barragem gravidade setas ra fra pita eat Tia O RARO NS 6 8 5 Impacto no meio Ambiente sesuais iria bin seja as asda ado 19 8 5 1 AIDU CICA usasse seianerinidts ins redan atadas i EEEE ana cas aenea eari AER IEE 19 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 8 0 Barragens 8 1 Hist ria A maior parte dos rios no mundo n o t m caudal suficiente para satisfazer as demandas de gua especialmente durante as estiagens Desde tempos remotos que houve necessidade de armazenar as guas das chuvas de modo a poder utiliz las durante a poca seca As barragens n o fazem mais do que fazer uma transfer ncia de gua no tempo em oposi o s adutoras que fazem fazem transfer ncia de gua no espa o A primeira barragem de que h mem ria foi constru da na Caldeia no rio Tigre Outra barragem muito antiga foi constru da no rio Nilo pr xima de M nfis Na ndia as barragens contam se por milhares
243. sssssesrteesssssserrreeeessssserereeess 17 2 2 8 4 Furos perfurados a trado vcs fran ap es daria Saia da 18 2 2 8 5 Furos perfurados com jacto de gua si rrerrreeaana 19 2 2 8 6 Furos perfurados por percuss o seeeseeesssssseeeeeeesssssseerreesssssseerereees 20 2 2 8 7 Furos perfurados por rota o sssssseesseersssssseeseeersssssserereeressssserrrreee ese 22 2 2 9 Revestimento dos INTO Sis ais pres lead a AE a a 23 22 10 Cimenta o dos TIPOS corses ni shas iris sena bs neon arte aigana Aloha qUas sentia sas ra pigs bando 24 22101 Cimenta o de DOCA Seas ss ada SAL sq ata aa ads 24 2 2 10 2 Cimenta o de findo cseesseaissere passa aenisseieeia grassa eres ges ada ousa pesca aada o 24 2 2 10 3 Cimenta o para protec o sanit ria 24 2 2 10 4 Cimenta o para protec o de aqu feros indesej veis 25 2 21 l Metodos de CIMENTA O a us gas ARES nan UR a da 25 2 2 12 Desenvolvimento dos furos sasasssissaisassacisarsdsiaosdedasiabaeniutia ddasiso seda sans dadagid nda 26 2 2 13 M todos QUIMICO Sissi deb abnt lb Siga ESSES assa a spread epi 28 2214 Medi o de caudal esrosaiasaats ds nnne Elo E af DESDE apa EO UE TUAS SAR 29 2 2 15 Teste de produtividade seas iss asa asio aga do o sab nbrq ga Sin agr abosaD add sdUg as bn qdsan Nac age s 34 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1
244. stantaneamente a coluna l quida de comprimento x ter a sua velocidade anulada no tempo t Pela 2 lei de NEWTON a for a da massa em movimento igual varia o da quantidade de movimento na unidade de tempo temos F y h A INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII Lap 8 Ax t Poari Liy gt em que as vari veis assumem os seguintes significados A rea da sec o dos tubos acelera o da gravidade peso espec fico da gua massa espec fica da gua 3 x o max aumento da press o em m c a sobrepress o devida ao golpe de ar ete wo eo 8 que traduz a lei de JJUKOWSKY e aplica se aos casos de fechamentos bruscos da v lvula B A onda de press o devida redu o brusca da velocidade em condutas for adas proporcional varia o da velocidade da gua e velocidade m dia com que a varia o da press o percorre a linha dos tubos A velocidade m dia com que a varia o de press o percorre a linha dos tubos denomina se celeridade e igual a x f a celeridade t Vamos visualizar o fen meno do golpe de ar ete atrav s dos esquemas apresentados no desenho a seguir A tubagem AB alimentada por um reservat rio de n vel constante Ho em regime permanente INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 3
245. t H o LU max 2 87 H t h JOHNSON Lu gdi Hi eri Vo ALLIEVI Calcula se atrav s de bacos 7 3 Equival ncia de tubagens No caso de uma conduta em s rie com tro os de comprimentos Li L2 Ls e sec es S S2 Sz a conduta equivalente ter por comprimento L e S4 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 8 LS LS L L ques E js S S Se a tubagem tiver o mesmo di metro mas celeridades diferentes a celeridade equivalente ser decr ais o dae ss a a a L L L L 7 4 Golpe de ar ete em linhas de compress o Numa linha de compress o o caso mais relevante de golpe de ar ete o que ocorre quando se d uma interrup o brusca da energia el ctrica A velocidade das bombas come a a diminuir e com ela o caudal mas a coluna l quida continua a subir pela tubagem at que a in rcia vencida pela for a de gravidade neste per odo que se d uma descompress o no interior da tubagem Em seguida o sentido de escoamento inverte se e a coluna l quida retorna para a bomba Se n o existirem v lvulas de reten o a bomba come ar a girar em sentido contr rio funcionando como turbina Se houver uma v lvula de reten o o retorno da coluna l quida provoca o choque e a compress o do l quido dando origem ao golpe de ar ete Se a v lvula de reten o n o se fechar rapidamente a coluna l quida passa atrav s
246. t o normalmente utiliza se uma malha de a o de sec o correspondente a 0 5 da sec o do bet o colocada no centro da laje S o previstas juntas verticais com PVC e eventualmente juntas horizontais O espa amento das juntas geralmente de 10m 8 5 Impacto no meio ambiente Na constru o de uma barragem h tamb m preocupa o com o meio ambiente Pode dizer se que hoje s o iguais os cuidados com a seguran a e com o meio ambiente Embora inicialmente se verifique uma certa agress o ao ambiente com a constru o duma barragem h tend ncia para um reequilibrio de factores ao fim de uns anos estabelece se uma nova harmonia ambiental especialmente no meio aqu tico que surgiu At d cada de 70 na constru o de barragens n o havia a preocupa o de se considerar o impacto sobre o ambiente S existia o bin rio custo benef cio Actualmente j na fase preliminar se avaliam as implica es que advir o com a barragem Os efeitos que uma barragem provoca no ambiente podem sintetizar se a seguir 8 5 1 Albufeira a Terra a cria o de um lago inunda terra a maioria das vezes solo ar vel e obriga retirada dos agricultores As terras marginais ao lago embora n o sejam inundadas ser o tamb m afectadas n o s pela oscila o do n vel do lago como tamb m pela gua capilar A descida do n vel pode provocar saliniza o das margens caso a gua ou as terras contenham sais Se o la
247. tribui o das press es na sec o recta de um conduto livre linear e obedece lei hidrost tica i Figura 9 6 1 A press o no fundo do canal p y d INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 6 ou seja p y y cos 6 Quando a declividade pequena 0 lt 5 pode se considerar cos0 1 e ent o y de P yd A distribui o das press es nas sec es transversais do conduto livre segue a Lei Hidrost tica mesmo nos escoamentos n o paralelos onde a diverg ncia ou converg ncia das linhas de corrente n o forem muito acentuadas 9 7 Profundidade m dia A forma das sec es dos canais apresenta grande variedade motivo porque tem que se definir uma profundidade m dia e ym Figura 9 7 1 Em que Spa a B sendo Ym profundidade media m A rea da sec o transversal m B largura da boca m INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 7 9 8 Energia especifica Em qualquer sec o transversal de um canal a carga media a soma das tr s cargas Linha de carga Linha Piezom trica ia E i I y zg i E a Fundo E I F 1 N 2 1 Datum i A EA l Figura 9 7 2 H z y m z y define a linha piezom trica quando coincide com a superf cie livre denomina se
248. tro o D Ls A soma J J2 J a perda de carga total J Usando a formula de DW para cada tro o II Nu E J p o SN II D e Sie D J B L D Os tr s tro os podem ser substitu dos por um conduto nico de comprimento L e di metro D que lhes sejam equivalentes INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA 1 2 Q J D L como J Ji J2 J substituindo vem Q Q Q Q Z L L B D 1 B D 2 B D B D e ou seja e L Mo b b DE Di DD conhecida como regra de Dupuit v lida apenas quando os factores de atrito f C ou K s o iguais Analogamente para outras formulas vale o mesmo racioc nio para a formula de Hazen Williams obtem se 4 87 4 87 4 87 4 87 D Dr DD e L L 4 L L 3 7 3 Tubagens em paralelo Estas tubagens s o formadas por diversas condutas que t m em comum as extremidades inicial e final Figura 3 7 3 1 INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA HI 22 O caudal que entra em A divide se nas diversas tubagens de modo que no entroncamento final em B volta a ter o valor inicial E poss vel substituir v rios condutos por um nico que lhe seja equivalente Q 0 0 Q3 A perda de carga total J no intervalo AB a mesma para cada um dos condutos Q Q Q J E J
249. tuado a grande profundidade c Imperfei o do po o podendo suceder que esteja desalinhado ou fora da vertical d Presen a de areia INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 2 Por causa destas dificuldades a escolha da bomba s deve ser feita depois dos testes de rendimento e de caudal 5 1 4 Adu o por bombagem Tamb m denominada transmiss o consiste na bombagem para condutas que v o conduzir a gua bruta ou tratada at aos reservat rios de distribui o Quando a adu o de gua tratada n o h necessidade de bombas especiais que poder o ser necess rias caso a gua esteja in natura 5 1 5 Transfer ncia de gua tratada entre reservat rios E o caso da bombagem de um reservat rio baixo para uma torre de distribui o Regra geral o bombeamento regular e n o exige t cnicas especiais 5 1 6 Lavagem de filtros em esta es de tratamento Actualmente a lavagem de filtros feita por revers o de corrente por meio de bombas Este sistema evita a constru o de reservat rios elevados incorporados ou n o ao edif cio da E T A Esta bombagem d maior flexibilidade ao sistema uma vez que n o h necessidade de aguardar o enchimento do reservat rio para se fazer a opera o de lavagem 5 1 7 Aumento de press o e de vaz o atrav s de bombas de refor o BOOSTER Quando h necessidade de se aumentar a pres
250. tura do ar e da gua press o atmosf rica humidade e vento 1 6 1 Medidas de Evapora o A evapora o mede se com evapor metros ou atm metros O evapor metro Black Bellani comp e se de uma placa de porcelana negra e porosa com 7 5 cm de di metro em cima dum recipiente que alimentado por um reservat rio e mant m a humidade da placa O evapor metro de Piche muito antigo mas ainda em uso tem princ pio semelhante e possui um disco de papel humedecido O evapor metro de Livingstone semelhante ao Black Bellani mas a superf cie evaporante em vez de ser placa uma esfera preta Para efeitos pr ticos o evapor metro mais usado o tanque de evapora o da classe A idealizado pelo U S WEATHER BUREAU composto por um reservat rio circular de 4 1 22 m de di metro e 10 25 cm de profundidade A superf cie da gua free board deve estar a 2 ou 3 5 a 7 5 cm do bordo do tanque Este colocado sobre um estrado a 15 cm acima do solo O n vel da gua lido por interm dio de uma ponteira ligada a uma escala graduada Um pluvi metro colocado pr ximo permite calcular a precipita o a fim de se corrigir o volume de gua acrescentando ou retirando no caso das chuvas excederem a evapora o Por ser de dimens es muito pequenas em compara o com um lago a tina n o nos d a evapora o real Com pequena altura de gua ela recebe grandes quantidades de radia o solar O bordo da tina e a t
251. u ncia exercida pelas falhas ou pelo sistema de juntas e Rectangular N Drenagem paralela Os cursos de gua escoam quase paralelamente uns aos outros E tamb m denominada equina ou rabo de cavalo Localizada em reas onde h presen a de vertentes com declividades acentuadas ou onde existam formas estruturais que originem a ocorr ncia de espa amentos irregulares tv Paralela INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 19 Drenagem radial cursos de gua que se encontram dispostos como raios de uma roda em rela o a um ponto central ponto culminante T pica de cones de antigos vulc es X 5 Radial Drenagem anelar assemelha se a an is de apar ncia igual aos que surgem na sec o de um tronco de uma rvore Anelar INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 20 1 3 11 Declividade Equivalente Constante Folha de C lculo exemplo Altitudes Desn veis Dist Dist ncias Declives Dist ncias H AH Entre Acumuladas Reais m m Altitudes Km L Km D m 0 00 ess Er SO o 0712 0 26727 17 e 200 7 mm TT Oo vestes ee 150 E mm Doo o o 00830 028810 06 208 1 00 O 200 Ms Doo so 000 0050 022361 10 447 050 DR 0 mm Doo 50 000 0050 022361 10 447 1000 DR 0 mm D
252. ue menos danos provoca ao meio ambiente Tipos de centrais hidroel ctricas Os aproveitamentos hidroel ctricos podem ser a a fio de gua b Acumula o ou armazenamento c Armazenamento por bombagem d Com revers o 6 8 1 Central a fio de gua Uma central a fio de gua localiza se num rio perene com caudal constante durante o ano Localizam se onde existem quedas cascatas ou cachoeiras o tipo de aproveitamento el ctrico mais barato mas actualmente s vi vel em algumas regi es de frica sia Am rica do Sul e Canad Algumas centrais a fio de gua disp em de algum armazenamento destinado a compensar eventuais falhas no caudal Quando existem grandes barragens a montante que garantem um caudal perene poss vel a constru o das centrais por acumula o combinada com fio de gua 6 8 2 Central com acumula o ou armazenamento Uma central por acumula o consiste na constru o de uma barragem de modo a armazenar um grande volume de gua que ser depois utilizado ao longo do tempo As turbinas trabalham dentro de uma certa faixa de utiliza o da gua isto tem que se manter uma determinada queda 6 8 3 Central por armazenamento por bombagem Uma central com armazenamento por bombagem gera energia para atender carga m xima mas durante as horas em que a demanda reduzida a gua turbinada bombada para um reservat rio a montante geralmente a uma cota mais alta do que
253. uito que gosta de viver em guas batidas cachoeiras quedas de gua Esta doen a pode provocar a cegueira n Peixe em todas as albufeiras pode ser praticada a piscicultura com bons resultados Quando o lago de grandes dimens es obrigat ria a constru o de passagens e escadas para peixes Estas escadas permitem a passagem do peixe da albufeira para o rio e vice versa o Florestas sujeitas a fogos quando o acesso albufeira permitido torna se grande o risco de inc ndios nas florestas que margeiam os lagos ou que ocupam a sua bacia hidrogr fica A perda de florestas ir ocasionar um aumento do coeficiente de escoamento provocando eros o e consequente assoreamento do lago Em muitas barragem criado o servi o especial de inc ndios p Sismicidade induzida hoje um consenso que os grandes corpos de gua de barragem podem produzir pequenos sismos a muitos quil metros de dist ncia e em regi es completamente estranhas bacia hidrogr fica do rio onde se situa a barragem INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 23 q Mudan a de clima uma barragem pode alterar as condi es clim ticas estritamente locais N o h nada at hoje que prove que um lago alterou o clima de uma regi o r Impactos da constru o a constru o de uma barragem provoca um grande impacto sobre a vida as popula es e o meio ambiente da re
254. urbul ncia do vento contribuem para prejudicar a evapora o Por isso os dados do tanque de evapora o s o multiplicados pelo chamado coeficiente de tina sempre menor que a unidade A determina o do coeficiente de tina trabalhosa e cara geralmente calcula se um valor regional a partir de dados obtidos em albufeiras isto estabelecendo um balan o hidrol gico e um balan o energ tico em estudos efectuados em lagos artificiais O coeficiente de tina 0 7 um valor m dio e que pode ser utilizado quando n o se disp e de outro INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 34 Em Portugal usam se os seguintes coeficientes Outubro a Novembro 0 7 Dezembro a Mar o 0 6 Abril a Maio 0 7 Junho a Setembro 0 8 Os grandes valores de coeficientes de tina devem ser reduzidos no caso de lagos muito grandes e aumentados no caso de lagos pequenos e pouco profundos 1 6 2 Determina o da Evapora o por Interm dio do Balan o Hidrol gico Uma das maneiras de se fazer o estudo da evapora o para correlacion lo com 2 os resultados dados pelas tinas evaporim tricas atrav s dos volumes afluentes e efluentes a uma albufeira Sendo V volume que chega albufeira Volume afluente V volume que sai da albufeira Volume efluente V volume correspondente precipita o V varia o do volume armazenado que pode ser positivo ou negativo V
255. urvas encontram se a montante de barragens descarregadoras a jusante de comportas de fundo Aparecem tamb m quando a declividade diminui bruscamente mas ficando superior critica Classe C declividade critica E o caso limite entre as duas anteriores Figura 9 24 4 Ocorre quando a declividade passa do valor critico para outro menor Para declividades de fundo nulas ou negativas tem se 1 lt 0 Classe H 1 0 canal horizontal Classe A 1i lt 0 declividade contr ria INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA IX 40 Classe H inclina o nula N o existe n vel normal e y infinito O movimento uniforme imposs vel porque a aus ncia de declividade n o permite que a for a da gravidade compense as perdas de energia Classe A inclina o negativa Tamb m n o existe profundidade normal pois imposs vel a ocorr ncia de movimento uniforme 9 25 Determina o do perfil da gua O objectivo do estudo do movimento gradualmente variado a determina o do perfil da superf cie liquida Existem muitos m todos para a determina o do perfil da gua mas pela sua simplicidade abordaremos apenas o m todo das diferen as finitas que se aplica aos canais prism ticos de eixos rectil neos O m todo baseado no teorema de Bernoulli e aplica se para canais de pequenas extens es i Linha
256. v s da bomba O caudal quando escoa devido somente gravidade INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA V 30 H proporcional a a mas sob o efeito da energia H H o caudal no BOOSTER e f H H na tubagem proporcional a EE R Isto como se baixasse o n vel do reservat rio de jusante de uma profundidade H referente energia que o BOOSTER fornece 5 20 1 Associa o de BOOSTERs Podem se associar BOOSTERs em paralelo conforme o esquema abaixo V A VR V B Xe LUND V A V R V B x lt n B Bomba V A V lvula de adufa V B V lvula de borboleta V R V lvula de reten o INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE CAP TULO V TURBO M QUINAS HIDR ULICAS TURBINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Eng Teixeira da Costa Eng Davide Santos Eng Rui Lan a FARO 01 de Mar o de 2011 UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA NDICE O a EEAO a Fe us asesissisaotacadadiataoiantgpregindas deddaaas Sen tuis ga duaa aba usada idac aa 6 2 Velocidade espec fica conceito i 6 3 Componentes de uma turbina 6 4 Classifica o das Turbinas iii 6 4 1 Modo de actua o da gua is 6 4 1 1 Turbinas de ac o ou impuls o 6 4 1 2 Tur
257. vas Intensas de Curta Dura o S o chuvas que v o desde 5 minutos at algumas horas Ocorrem durante os temporais ou durante as trovoadas cuja dura o se mede em horas As chuvas intensas s o muito importantes no dimensionamento de descarregadores de barragens ou no c lculo de esgotos de guas pluviais Os par metros caracter sticos de uma chuvada intensa s o Dura o durante o qual ocorreu a chuvada Sendo em horas para cheias de rios horas ou minutos para dimensionamento de esgotos pluviais Intensidade rela o entre a altura de chuva AP e o seu tempo de dura o At e ou no limite i At dt mi Exprime se em mm hora ou em mm minuto Frequ ncia n mero de vezes em que a chuvada ocorre durante um ano ou uma vez em anos A curva de possibilidade udom trica relaciona a altura m xima de chuva com a sua dura o para dada frequ ncia uma equa o do tipo P a x t b em que ae b s o constantes caracter sticas de cada local Exemplo E DADO TI Frequ ncia 1 5 anos Frequ ncia 1 10 anos Penhas Douradas P 29 4 10420 P 34 0 p038 horas P mm o d Ao conjunto de curvas de possibilidade udom trica referentes ao mesmo local e a diferentes per odos de retorno estat stico chamam se Curvas de precipita o dura o frequ ncia curvas PDF INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 29 Para o c lculo de chuvas em pe
258. vel Do lt 90 0m s Im Do 1000m 3 Jal FE RE REA Do 2M00m o 25 54 Do o 4M0m 20 sl Parques de estacionamento telhados viadutos ete 98 16 Arruamentos e estradas asfaltadas e com drenagem de guas Z pluviais Hg EG 76 Es Ra Valores do n mero de escoamento CN para regi es urbanas e suburbanas INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 63 O SCS recomenda que se corrija o CN para AMC I e AMC III em fun o dos valores do CN para AMC II CN para AMC II Valor Corrigido do CN 100 00 100 00 88 86 97 76 79 08 95 39 70 41 92 87 62 68 90 19 55 75 87 34 49 49 84 29 43 82 81 03 38 65 77 53 33 92 73 76 29 58 69 69 25 57 65 30 21 87 60 53 18 44 55 32 15 25 49 64 12 28 43 39 9 50 36 51 6 90 28 87 4 46 20 35 2 16 10 80 1 9 10 F rmulas Emp ricas para o C lculo de Caudais de M xima Cheia Os primeiros m todos para a avalia o de cheias m ximas basearam se na experi ncia e apenas consideravam a rea da bacia hidrogr fica Pode dizer se que foi moda cada pa s adoptar a sua f rmula A mais conhecida a de ISKOWSKI Ox KemI A I precipita o m dia anual em m A rea da bacia hidrogr fica em Km K coeficiente que depende de v rias caracter sticas da bacia m coeficiente vari vel com a rea da bacia Omar caudal m ximo em m Is As vari veis K e m encontram se tabelados em livros de hidrologia
259. vez que este tipo de barragem n o pode sofrer qualquer esp cie de galgamento For as s smicas Em regi es onde haja tremores de terra Press o ascensional Devido pequena rea acupada pela barragem e ainda s cuidadosa drenagem das funda es normalmente esta for a for ada INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VIII 13 Barragens n o r gidas Incluem se as barragens de terra e enrocamento Barragens de terra As primeiras barragens da era moderna destinadas essencialmente gera o de energia situaram se em trechos montanhosos onde os vales s o encaixados e predominam os afloramento rochosos Foram escolhidos como bvio os locais mais apertados gargantas e neles foram constru das barragens r gidas gravidade contrafortes ou arco Mas os bons locais foram se esgotando e foram sendo cada vez maiores as necessidades de gua agora j n o s para gera o de energia mas especialmente para abastecimento das grandes cidades que foram surgindo rapidamente por todo o mundo Come aram a construir se cada vez mais barragens n o r gidas Uma barragem de terra n o exigente nem nas funda es nem nos materiais Ela molda se a quase todas as funda es e com modernas t cnicas de mec nica dos solos e terraplanagens aceita uma enorme variedade de solos Os s tios para barragens de terra localizam se regra geral em vales
260. volume infiltrado O volume evaporado ser V V V V V V A evapora o obt m se pela rela o E sendo A a rea inundada da albufeira 1 7 Evapotranspira o Na gua perdida numa rea revestida por vegeta o imposs vel fazer se a separa o entre transpira o da plantas e evapora o do solo rios e lagos Os dois processos s o tomados em conjunto sob o nome de evapotranspira o Evapotranspira o potencial o que ocorreria se n o houvesse defici ncia de alimenta o em gua para o referido processo Raramente existe Quando h defici ncia h drica natural d se evapotranspira o real ou efectiva INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 35 A evapotranspira o tem grande valor para o processo do balan o hidrol gico Em regi es semi ridas o seu volume pode atingir mais de 8 0 da precipita o ou at ultrapass la A evapotranspira o pode medir se utilizando se as tinas evaporim tricas descritas para a medi o da evapora o desde que os valores obtidos sejam corrigidos por coeficientes que s o fun o do tipo de cobertura do solo A ET evapotranspira o tamb m pode ser medida com evapotranspir metros ou lis metros A evapotranspira o influenciada pelos factores meteorol gicos e pelo tipo de solo 1 8 Escoamento Superficial O deslocamento das guas superficiais d origem ao escoam
261. vula produz se uma onda de press o que tendo o seu in cio na v lvula accionada transmite se ao longo da tubagem at sua origem no reservat rio de montante e retrocede regressando v lvula Em seguida volta a verificar se o mesmo ciclo Quando h uma paragem brusca das bombas sucede o mesmo fen meno mas ao contr rio isto inicia se uma depress o a seguir bomba que se transmite at ao final transformando se depois em compress o que retrocede s bombas A celeridade geralmente varia entre 300 a 1000 m s INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA VII 12 5 2 L AAT Quando a paragem brusca t lt o valor da sobrepress o independente do a aU comprimento da tubagem e a sobrepress o toma o valor A ALLIE VD Quando a paragem lenta t gt Se utiliza se a f rmula de MICHAUD a ELLA gt h max No caso das adutoras gravitat rias o fecho da v lvula pode efectuar se em tempos diferentes conforme a vontade do operador ao passo que em condutas elevat rias o tempo de paragem totalmente independente do operador e imposto pelas condi es das bombas por isso que mais l gico transformar as express es dos tempos e ent o teremos Tubagem curta Tubagem longa EA 2 Em experi ncias recentes foi posta a seguinte f rmula para o c lculo do tempo da paragem t K L U 8 Hp MENDILUCE s
262. xo Guadiana e Alto Mira Altera o dos Hidrogramas Modifica o da Cobertura do Solo Sendo o hidrograma a principal caracter stica de uma bacia hidrogr fica n o contudo imut vel A modifica o de rea naturais com a introdu o de reas cultiv veis de urbaniza o de complexos industriais ou grandes obras de engenharia origina novos hidrogramas s vezes substancialmente diferentes dos anteriores Uma bacia hidrogr fica com florestas por exemplo pode ser desflorestada e usada para culturas Inevitavelmente aumentar o a taxa de eros o e o coeficiente de escoamento A bacia vai se degradando cada vez mais e consequentemente o hidrograma ter tend ncia a afilar se apresentando maior caudal de ponta Num caso destes imp e se medidas de conserva o do solo como sejam a manuten o de cord es de vegeta o natural a constru o de terra os as culturas em curvas de n vel INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA UNIVERSIDADE DO ALGARVE UNIDADE CURRICULAR DE HIDR ULICA APLICADA I 69 No caso das bacias hidrogr ficas invadidas por urbaniza es regista se tamb m um aumento do coeficiente de escoamento devido impermeabiliza o de muitas reas Os asfaltos o bet o e os telhados originam coeficientes pr ximos da unidade ou CN 100 muito embora haja uma disciplina de guas Os paralelep pedos ou a cal ada portuguesa s o hidrol gicamente pavimentos perfeitos pois permitem a infiltra

Sebenta de hidráulica aplicada

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