9º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: ESTIMATIVA DA RUGOSIDADE EM CANAL DE BANCADA COM LEITO LISO E COM PEDRAS DE SEIXO

AUTORES: Oliveira, B.L. (UEG) ; Monteiro, W.L. (UEG) ; Oliveira, E.L.L. (UEG) ; Costa, O.S. (UEG)

RESUMO: Canal é uma vala artificial destinada à passagem de um fluido sob pressão. A vazão do escoamento no canal pode ser alterada em função da rugosidade de seu leito. Escoamento em canal de bancada foi caracterizado por parâmetros hidráulicos com leito liso e rugoso com pedras de seixo. Após o estabelecimento do regime estacionário foram medidos 8 parâmetros para ambos os leitos (liso e rugoso), sendo o escoamento classificado como turbulento para o canal de leito liso e parcialmente turbulento para o canal de leito rugoso. Os valores estimados para as rugosidades foram 0,009 no leito liso e 0,021 no leito contendo seixos.

PALAVRAS CHAVES: vazão; escoamente; coeficiente de Manning

INTRODUÇÃO: Em hidráulica, canal é definido classicamente por Chow (1959), como uma vala artificial que se destina a passagem de um fluido submetido à pressão atmosférica. Existem diferentes formas de canais, desde circulares, irregulares a variações na secção transversal. A rugosidade do leito de canais pode ser estimada por meio do coeficiente de rugosidade de Manning (n), tendo-se conhecimento do raio hidráulico, declividade do canal e velocidade do escoamento. Determinar este fator (n) significa estimar a resistência ao escoamento em dado canal. Esta não é uma tarefa tão simples, pois não existe um método exato de realizá-la. O coeficiente de rugosidade de Manning (n) é influenciado por diferentes fatores como: 1) rugosidade do fundo do canal; 2) irregularidades do canal (depressões e elevações); 3) alinhamento do canal (sinuosidade); 4) deposição de partículas sólidas; 5) presença de obstruções (pilares, pontes, troncos, etc); 6) variações de temperatura e 7) vegetação (SOARES, 2011; LYRA et al., 2010). Este trabalho teve como objetivo principal determinar a rugosidade de um canal de bancada com leito de seixos, visando também à caracterização hidráulica do escoamento em leito liso e com seixos.

MATERIAL E MÉTODOS: Um canal de vidro retilíneo com as seguintes dimensões: 99,5 cm de comprimento; 5,0 cm de largura; 8,0 cm de altura e 8 mm espessura da parede de vidro, foi instalado na bancada do Laboratório de Físico-Química do Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Estadual de Goiás (CCET/UEG). Ensaios de escoamento de água corrente foram levados a cabo após o estabelecimento do regime permanente no canal de vidro, com as mesmas condições para ambos os leito (liso e rugoso). A rugosidade foi imposta pela inserção de pedras de seixo no leito. Os seguintes parâmetros fixos foram estimados: a) comprimento do leito; b) temperatura da água; c) viscosidade da água e d) vazões volumétricas (leitos liso e rugoso). Três seções transversais retangulares ao longo do canal foram demarcadas para medições de: montante, intermediário e jusante. Nestas seções foram determinadas as seguintes variáveis: 1) altura da lâmina d´água; 2) área da seção transversal; 3) perímetro molhado; 4) raio hidráulico; 5) velocidade de escoamento; 6) número de Reynolds; 7) número de Froud e 8) coeficiente de Manning.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Tabela 1 apresenta os parâmetros característicos do escoamento, em que se destacam os seguintes aspectos: i) a altura da lâmina d´água foi decrescente no sentido do escoamento, de montante para jusante, com leitos liso (h = 1,20 a 0,7 cm) e rugoso (h = 1,80 a 1,10 cm); ii) o mesmo comportamento decrescente foi observado para as áreas das seções transversais (A), perímetros molhados (PM) e raios hidráulicos RH), sendo os valores de A, PM e RH sempre maiores para o leito rugoso; iii) as velocidades de escoamento aumentaram nas seções de montante para jusante, em ambos os leitos (vLiso = 7,31 a 12,53 cm.s-1 e rugoso e vRugoso = 4,56 a 7,46 cm.s-1), sendo as velocidades maiores desenvolvidas no leito liso; iv) o número de Reynolds classificou o escoamento no leito liso como turbulento (ReLiso  704) e no leito rugoso como turbulento parcialmente desenvolvido (ReRugoso  549); v) o comportamento do número de Froud acompanhou a mesma tendência de crescimento de montante para jusante em ambos os escoamentos (FrLiso  2,54 a 5,36 e FrRugoso  1,41 a 2,70), classificando o escoamento superficial em rápido ou torrencial; e vi) o canal liso estabeleceu um coeficiente de rugosidade decrescente de montante para jusante (n = 0,012 a 0,05 s.cm-1/3), com mesma tendência para o leito rugoso(n = 0,023 a 0,011 s.cm-1/3).

Tabela 1

Caracterização hidráulica do escoamento e estimativa do coeficiente de rugosidade de Manning. (PARTE 1)

Tabela 1

Caracterização hidráulica do escoamento e estimativa do coeficiente de rugosidade de Manning. (PARTE 2)

CONCLUSÕES: A inserção das pedras de seixo no leito do canal de vidro, com um regime de escoamento permanente pré-estabelecido na vazão média de 43,86 cm3.s-1, promoveu a dissipação de energia do sistema hidráulico, fazendo com que o escoamento passasse de turbulento (ReLiso  704) para parcialmente turbulento (ReRugoso  549). O coeficiente médio de rugosidade de Manning para o canal de leito liso foi estimado em 0,009, enquanto que o canal rugoso com as pedras de seixo foi 0,021.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: LYRA et al. Coeficiente de rugosidade de Manning para o rio Paracatu. Rev. Bras. Eng. Agr. e Amb., v.14, n.4, p.343–350, 2010.
SOARES, H. Escoamento uniforme. UFJF. Hidráulica geral, ESA, Juiz de Fora, 2011. Slides.