Guia de Hidráulica: Condutos Livres e Sistemas de Recalque

Condutos Livres ou Canais

O escoamento de água em um conduto livre tem como característica principal o fato de apresentar uma superfície livre, sobre a qual atua a pressão atmosférica. Rios, canais, calhas e drenos são exemplos de condutos livres de seção aberta, enquanto tubos operam como condutos livres quando funcionam parcialmente cheios, como é o caso das galerias pluviais e dos bueiros.

Os conceitos relativos à linha piezométrica e à linha de energia são aplicados aos condutos livres de maneira similar aos condutos forçados.

A solução de problemas hidráulicos envolvendo canais é mais complexa do que em condutos forçados. Nos condutos forçados, a rugosidade das paredes é bem definida pelo processo industrial; o mesmo não ocorre com canais naturais ou escavados em terra, onde a incerteza na escolha do coeficiente de rugosidade é maior.

Quanto aos parâmetros geométricos, nos condutos forçados as seções são basicamente circulares, enquanto os canais apresentam formas variadas. Os canais são construídos com declividade suficiente para superar as perdas de carga e manter uma velocidade de escoamento constante.

Elementos Geométricos de um Canal

• Área molhada: área da seção plana do conduto, normal à direção do escoamento.
• Perímetro molhado: soma dos comprimentos (fundo e talude) em contato com o líquido.
• Raio hidráulico: razão entre a área molhada e o perímetro molhado.

A maioria dos condutos livres apresenta seção trapezoidal, retangular ou circular.

Instalações de Recalque

O transporte de líquidos pode ocorrer de duas formas:

• Sentido descendente: aproveita-se a energia potencial (gravidade).
• Sentido ascendente: é necessário fornecer energia ao líquido (bomba – sistema de recalque).

Conceitos Gerais

Um sistema de recalque é o conjunto de tubulações, acessórios, bombas e motores necessários para transportar uma vazão de um reservatório inferior (R1, cota Z1) para um superior (R2, cota Z2 > Z1). É composto por:

• Tubulação de sucção;
• Conjunto elevatório;
• Tubulação de recalque (canalização que liga a bomba ao reservatório superior, incluindo registros, válvula de retenção e curvas).

A altura manométrica (ou altura total de elevação) é a carga que a bomba deve fornecer para o transporte do líquido de R1 para R2.

Orifícios

São aberturas de perímetro fechado localizadas abaixo da superfície livre do líquido, utilizadas principalmente para a medição de vazão.

Classificação

• Quanto à forma: retangular, circular, triangular, etc.
• Quanto às dimensões:
  • Pequenos: quando as dimensões são muito menores que a profundidade (h). Na prática, d ≤ h/3.
  • Grandes: quando d > h/3.
• Quanto à espessura da parede:
  • Parede delgada: a veia líquida toca apenas a face interna da parede do reservatório.
  • Parede espessa: a veia líquida toca quase toda a parede do reservatório.