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Questão 1 (2 pontos): O Canal do Sertão é uma das maiores obras hidráulicas do Estado de Alagoas em desenvolvimento. O objetivo do canal é transportar água de um ponto com grande disponibilidade para regiões com grande escassez. Você faz parte de equipe de engenheiros da CASAL responsável pela avaliação preliminar técnica do empreendimento. Baseado nos princípios das equações da Conservação da Massa, Conservação da Quantidade de Movimento e Conservação da Energia, quais cuidados técnicos você apontaria para este empreendimento?
Questão 1 (2 pontos): O Canal do Sertão é uma das maiores obras hidráulicas do Estado de Alagoas em desenvolvimento. O objetivo do canal é transportar água de um ponto com grande disponibilidade para regiões com grande escassez. Você faz parte de equipe de engenheiros da CASAL responsável pela avaliação preliminar técnica do empreendimento. Baseado nos princípios das equações da Conservação da Massa, Conservação da Quantidade de Movimento e Conservação da Energia, quais cuidados técnicos você apontaria para este empreendimento?
Passo 1
O enunciado pede que, a partir dos princípios das equações da conservação da massa, da quantidade de movimento e da energia, a gente identifique os principais cuidados técnicos no projeto de um canal de adução de água (o Canal do Sertão). O conteúdo envolve hidrodinâmica de canais livres: continuidade de vazão, equilíbrio de forças e balanço energético (Bernoulli e perdas de carga).
Passo 2
Analisando a conservação da massa (continuidade), temos que manter a vazão
constante ao longo do canal, o que exige controlar:
onde
é a área da seção transversal e
a velocidade média. Assim, devemos dimensionar a seção de modo a garantir a vazão projetada, levando em conta variações topográficas e potenciais perdas por infiltração e evaporação. Também é crucial prever dispositivos de medição de vazão e sistemas de revestimento para evitar infiltrações indesejadas.
Passo 3
Pela conservação da quantidade de movimento (Navier–Stokes em regime unidimensional), devemos analisar mudanças de momento causadas por gravidade, pressão e forças de atrito. De forma simplificada:
onde
é a tensão de cisalhamento na parede,
o perímetro molhado e
a cota do canal. Cuidados técnicos:
- Evitar velocidades muito altas que provoquem erosão do leito e das margens.
- Projetar dissipadores de energia em trechos de queda ou transições bruscas para controlar choques hidráulicos (hydraulic jumps).
- Dimensionar taludes e revestimentos (rip-rap, gabiões, concreto projetado) de modo a suportar forças de arraste.
Passo 4
No balanço de energia (Bernoulli com perdas de carga), escrevemos:
com perdas de carga
(por atrito e por singularidades). Técnicas necessárias:
- Calcular perdas de carga distribuídas via fórmula de Darcy–Weisbach
ou Manning, e perdas localizadas em curvas, entradas e saídas.
- Garantir que o perfil de energia esteja sempre acima do perfil de água livre para evitar ruptura de gravidade.
- Se houver necessidade de bombear (trechos ascendentes), dimensionar corretamente as bombas e prever reservatórios de recalque.
Passo 5
Além dos pontos acima, é importante considerar:
- Controle de sedimentação: prever caixas de areia ou curva de dissipação para evitar assoreamento.
- Qualidade da água: monitorar parâmetros (sedimentos, contaminação) e prever estações de tratamento ou decantação.
- Instrumentação e automação: instalar sensores de nível, vazão e pressão para operação em tempo real.
Resposta
- Manter a continuidade de vazão
dimensionando a seção e evitando infiltrações e evaporação excessivas. - Controlar as forças de arraste e tensões de cisalhamento projetando taludes e revestimentos adequados, além de dissipadores para choques hidráulicos.
- Calcular corretamente perdas de carga distribuídas (Darcy–Weisbach ou Manning) e localizadas, garantindo o perfil de energia acima do nível da água livre e dimensionando bombas quando necessário.
- Prever estruturas de contenção e sedimentação (caixas de areia, curvas dissipadoras) para evitar assoreamento e erosão.
- Implementar sistemas de monitoramento de vazão, nível e qualidade da água para operação e manutenção contínuas.