Trabalho Dimensionamento do Canal de Fuga
Por: rfgdgdhth • 1/10/2018 • Tese • 1.094 Palavras (5 Páginas) • 582 Visualizações
Dimensionamento do Canal de Fuga
Para o dimensionamento do canal que devolve a água turbinada de volta ao rio devem ser utilizadas equações que relacionam as propriedades do meio onde a água corre com a velocidade que a mesma pode adquirir. Veja as equações a seguir.
- Equação da resistência
[pic 1]
- Equação da continuidade
Q = A.V
Onde:
- Q = Vazão (m³/s);
- A = Área da seção molhada (m²);
- n = Coeficiente de rugosidade de Manning;
- V = Velocidade de escoamento (m/s);
- R = Raio hidráulico (m) R = A/P (P = Perímetro molhado);
- I = Declividade do fundo (m/m).
Para a configuração do canal de fuga dessa estação hidrelétrica que atende à demanda de uma vazão Q = 576m³/s, o principal critério adotado foi o custo para a sua realização. Ou seja, o ponto de partida foi dar preferência aos materiais e procedimentos que possuíam um melhor custo benefício.
ESCOLHA DO FORMATO DO CANAL
O problema inicial foi definir a forma geométrica do canal. Este poderia ter a seção transversal circular, quadrada, triangular ou trapezoidal. O formato circular pode ser descartado logo de início, pois sua construção não é tão simples de ser executada e o mesmo não apresenta uma estabilidade junto ao terreno. O formato quadrado só pode ser utilizado caso o material das paredes seja de concreto ou assemelhados - o que pode aumentar o custo da obra -, por isso descarta-se essa alternativa.
Os formatos triangular e trapezoidal são muitos semelhantes, podem ser utilizados com qualquer material e também apresentam uma estabilidade consideravelmente satisfatória junto ao meio de sua construção. O segundo, no entanto, apresenta um menor valor de comprimento da altura em relação ao comprimento da base superior. Por isso definimos o formato trapezoidal como a melhor escolha.
Sendo assim, discriminamos as equações para o cálculo da área, perímetro molhado, raio hidráulico e largura do topo para o formato escolhido conforme a figua a baixo.
[pic 2]
- Área da seção em m²
A = (b + mh)h
- Perímetro molhado em m
P = b + 2h(1 + m²)½
- Raio Hidráulico em m
R = A/P
- Comprimento do Topo
B = b + 2mh
ESCOLHA DO MATERIAL E CÁLCULOS
O problema agora será escolher o material que revestirá as paredes do canal de fuga. Para tal será importante levar em consideração alguns fatores tais como a inclinação máxima do talude e a velocidade limite do líquido que o referido material suporta.
Veja na tabela a seguir a relação dos principais materiais utilizados na cobertura da superfície do canal com a inclinação limite aconselhada e a velocidade máxima com que o fluido pode o atravessar.
Material das Paredes | Inclinação dos Taludes para canais profundos (Valor de “m” em metros) | Velocidade máxima (em m/s) |
Areias Soltas | 3 | 0,76 |
Terreno Argiloso | 1 ou 1,5 | 1,14 |
Cascalho Grosso | 1 | 1,83 |
Alvenaria | 0,25 | 3 |
Concreto | 0,25 | 6 |
Para diferentes tipos de materiais existe um respectivo valor do coeficiente de rugosidade Manning (n). Observe na tabela a seguir.
[pic 3]
Como já mencionado, partiremos dos materiais mais baratos. Assim, a escolha inicial fica entre areias soltas e terreno argiloso. A melhor opção parece bastante óbvia. O terreno argiloso possui um menor valor de m o que acarreta em um menor valor da base superior B em relação às areias soltas. O terreno argiloso também possui uma velocidade limite maior, permitindo assim uma menor área da seção A ou uma maior inclinação I. Seleciona-se, portanto, o material de terreno argiloso como escolha inicial para o projeto.
CÁLCULO DAS DIMENSÕES - TERRENO ARGILOSO
Dados iniciais
- Q = 576m³/s
- m = 1m
- n = 0.017 (terra retilíneo e uniforme)
Para termos uma noção das dimensões do trapézio para esse sistema, fixaremos um valor inicial da inclinação I = 0,0001m/m e b = 10m. Com o auxílio das fórmulas acima calcularemos os valores da altura h, do comprimento do topo B e a velocidade do fluído V.
Veja na tabela a seguir os resultados obtidos.
MEDIDA | VALOR |
h | 12,69m |
h + 20% | 15,23m |
b | 10m |
B | 35,38m |
B para 1.2h | 40,46m |
n | 0.017 |
m | 1 |
I | 0.0001m/m |
A | 287,94m² |
P | 45,89m |
R | 6,67m |
Q | 576m³/s |
V | 2m/s |
Podemos verificar que esse sistema possui uma velocidade V que ultrapassa o limite que o material pode suportar (1,14m/s). Aumentar o valor de b para aumentar a resistência e com isso reduzir a velocidade V foi desconsiderado, pois o canal ficaria muito largo. Reduzimos então a inclinação I pela metade duas vezes mas a velocidade V pouco foi reduzida. Além do mais, I ficaria muito pequeno.
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