Regime de escoamento em condutores verticais

Regimes de escoamento em condutores verticais

João Victor Recursos Hídricos 1 Comment

O tipo de escoamento em condutores verticais, por vezes, acaba se tornando um dos critérios mais esquecidos em um projeto. Isso, porque ainda é pequeno o número de profissionais que entendem sua real importância.

– Mas João, e isso vai influenciar em alguma coisa no meu dimensionamento?

Meus caros, isso afetará diretamente na determinação do diâmetro necessário para o seu projeto. Além disso, irá garantir alguns dos princípios basilares em projetos (ex: conforto, durabilidade, segurança).

Em suma, entenderemos qual a importância de se dimensionar um projeto de instalações para o regime correto. Por isso, prepare-se para se tornar um profissional melhor e vem comigo!

Escoamento em condutores verticais

Primeiramente, saiba que o escoamento em um condutor vertical pode se caracterizar de três formas distintas. Cada uma delas corresponde a um determinado estágio de escoamento.

 A definição de cada um desses estágios depende da relação entre a altura da lâmina d’água (h) e o diâmetro interno do condutor vertical por onde escoa. No caso das calhas, são as condições de entrada e a vazão da água na calha que regulam o regime.

Deste modo, os estágios de escoamento podem ser divididos em:

  • Livre ou por vertedouro;
  • Semiafogado ou por orifícios;
  • Afogado, à seção plena ou conduto em carga.

Assim, ocorrência de cada estágio de escoamento depende da carga hidráulica relativa ao diâmetro, ou seja, da relação entre a altura da lâmina d’água formada na calha (H) e o diâmetro do condutor vertical (D), a saber, a relação H/D.

Escoamento livre ou por vertedouro

O primeiro estágio ocorre para pequenos valores de (h/D). Assim, haverá certa ventilação no interior do condutor vertical.

Estágio 01
Escoamento anelar

Portanto, forma-se um núcleo central de ar no interior do condutor vertical. Deste modo, considerenando o escoamento em condutores verticiais, seu interior é totalmente arejado.

Para esse tipo de escoamento, o comprimento do condutor vertical e a existência de eventuais desvios não influenciam a vazão. Isso depende apenas das condições de entrada da água precipitada na embocadura do condutor.  

Estágio 01 de escoamento em condutores verticais

Por fim, ao longo do condutor não se verificam expressivas depressões ou sobrepressões em razão do ar ao seu interior. Portanto, mantendo sua pressão próxima à atmosférica. Esse é um dos estágios buscados quando trabalhamos com projetos de aguas pluviais.

Escoamento semiafogado ou por orifício

Primeiramente, saiba que se trata de uma transição entre o escoamento por vertedouro e o escoamento à seção plena. Ainda, esse estágio se verifica para valores intermediários de h/D.

Aqui, há uma maior instabilidade, havendo o transporte de uma emulsão de água e ar em movimento, que pode ou não ser permanente e sujeita o conduto ao surgimento de pressões negativas.

Estágio 02

Assim, a entrada da água pode se dar radialmente ou em espiral, por formação de um vórtice hidráulico. Em todos estes casos, há uma considerável pressão negativa no interior do conduto, imediatamente abaixo da embocadura.

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Sendo por aproximação radial, o escoamento será de caráter permanente e a vazão dependerá da altura da lâmina de água na calha (h) e da depressão (-P) formada na seção contraída da veia líquida.

Sendo por aproximação em espiral (combinação de um movimento de rotação com um movimento radial), o fenômeno é bastante complexo, devido à formação de um vórtice nas imediações da embocadura, que aumenta de velocidade à medida que a água se aproxima da saída.

Por fim, a ocorrência do vórtice é geralmente acompanhada de ruído característico devido à pressão negativa do ar aspirado. Ainda, a expressiva pressão negativa (depressão) verificada no interior do condutor vertical provoca instabilidade no regime do escoamento.

Inclusive, para entender mais sobre essa área, recomendo o livro do Roberto Carvalho e o livro do Azevedo.

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Escoamento a seção plena, afogado ou conduto em carga

Finalmente, neste estágio, a vazão depende essencialmente do comprimento do condutor vertical e suas singularidades. Aqui, estamos falando de grandes valores de carga relativa H/D, sob elevada altura relativa de lâmina d´água. Deste modo, no terceiro estágio, as condições de pressão no interior do condutor ficam condicionadas pelo seu comprimento total.

Por isso, Condutores verticais extensos e/ou com muitas perdas de carga localizadas, apresentam escoamento sob apreciáveis pressões negativas (depressões). Ou seja, podemos citar como exemplo uma edificação com muitos pavimentos e algumas mudanças de direção no condutor.

A equação clássica para esse tipo de escoamento é dada por:

\large \mathrm{C=Qd\times\frac{\pi\times D^{2}}{4}\times \sqrt{2g(H+L)}}

Considerações Finais

Bem, como pudemos ver, há boas divergências quanto aos estágios de escoamento. Alem disso, entenda que o fluxo inicial no interior de um condutor vertical se dá de forma anelar, arrastando consigo ar que ocupa o núcleo dessa coroa.

Por isso, a determinação do regime de escoamento é passo FUNDAMENTAL para um protejo de qualidade.

Pessoal, há muito mais a ser aprofundado sobre este tema. Aqui, busquei fazer um apanhado geral apenas para te introduzir a este tópico. Por isso, indico fortemente o nosso curso completíssimo para quem sonha em dar um passo inicial na carreira de projetista: Curso de Instalações Prediais de Águas Pluviais.

Abraços do João!

Até a próxima

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