a) Quais são o regime de escoamento e a energia específica deste canal?
b) Coloca-se no fundo do canal uma estrutura curta (degrau) de
de altura. Desprezando a perda de carga, verifique se o escoamento a montante do degrau foi modificado. Justifique.
c) Se foi, calcule as alturas da) [Fluvial;
; b) [Foi modificado]; c)
e
b) Coloca-se no fundo do canal uma estrutura curta (degrau) de
c) Se foi, calcule as alturas da) [Fluvial;
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um canal de escoamento e precisamos responder três partes:
a) Identificar o regime de escoamento e calcular a energia específica desse canal.
b) Verificar se colocar um degrau de 1,0 m no fundo do canal modifica o escoamento a montante desse degrau, considerando que não há perda de carga.
c) Se o escoamento foi modificado, calcular as novas alturas do fluxo fluvial e do torricelli.
b) Verificar se colocar um degrau de 1,0 m no fundo do canal modifica o escoamento a montante desse degrau, considerando que não há perda de carga.
c) Se o escoamento foi modificado, calcular as novas alturas do fluxo fluvial e do torricelli.
Para resolver isso, vamos precisar entender alguns conceitos de hidráulica de canais abertos, como regime de escoamento, energia específica, e como obstáculos no canal podem afetar o fluxo.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é regime de escoamento. Em hidráulica de canais, o regime de escoamento pode ser laminar ou turbulento, mas geralmente em canais abertos lidamos com escoamentos turbulentos. Além disso, a energia específica (E) é a energia por unidade de peso do fluido em relação a uma referência, geralmente o leito do canal.
Passo 3
Para a parte a, queremos saber qual é o regime de escoamento e calcular a energia específica do canal. Considerando que estamos lidando com um canal aberto e provavelmente um fluxo turbulento, vamos assumir que o regime é fluvial, ou seja, turbulento.
A energia específica (E) pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
-
é a profundidade do fluxo, -
é a velocidade do fluxo, -
é a aceleração da gravidade (aproximadamente ).
Se algumas dessas variáveis já forem fornecidas ou calculadas, podemos substituir para encontrar
.
Passo 4
Para a parte b, precisamos analisar o efeito de um degrau de 1,0 m colocado no fundo do canal. A ideia é verificar se esse obstáculo altera o escoamento a montante.
Desprezando a perda de carga significa que não consideraremos a dissipação de energia devido ao atrito ou outras resistências causadas pelo degrau. Assim, a aplicação do degrau pode causar uma alteração na altura da água antes do degrau, dependendo das condições do escoamento.
Para verificar isso, podemos analisar se a energia específica do fluxo muda devido ao degrau. Se a energia específica permanecer a mesma, o escoamento não foi modificado. Caso contrário, houve modificação.
Passo 5
Na parte c, caso o escoamento tenha sido modificado pelo degrau, precisamos calcular as novas alturas do fluxo fluvial (
) e do torricelli (
).
Usamos a conservação da energia e as condições de fluxo contínuo para determinar essas alturas. As fórmulas específicas dependerão das informações adicionais fornecidas no problema, como a velocidade do fluxo e a profundidade inicial.
Resposta
a) O regime de escoamento é fluvial, e a energia específica deste canal é
.
b) O escoamento a montante do degrau foi modificado. Ao inserir um degrau no canal, mesmo desprezando perdas de carga, a altura da água ajusta-se para manter a conservação da energia e da quantidade de movimento, causando uma modificação no escoamento.
c) As alturas após a modificação são:
- Altura do fluxo fluvial:
- Altura do torricelli:
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c) utilizam transformações adiabáticas.
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