Hidráulica e tubulações
Calculadora de capacidade de bueiro (triagem)
Bueiros podem ser limitados pela entrada (controle de entrada) ou pelo tubo (controle de saída). Esta ferramenta de triagem estima os dois com equações simples e informa o menor deles. O projeto final deve usar os nomogramas do FHWA HDS-5 ou o software HY-8.
Fórmula
Entrada (orifício submerso): Q = Cd × A × √(2gh), com g = 32.2 ft/s², h = carga acima da linha central da abertura. Barril (Manning, escoamento cheio): Q = (1.49/n) × A × (D/4)^(2/3) × S^(1/2), com D em ft. O menor dos dois valores é a capacidade de vazão do bueiro.
Exemplo resolvido
Um tubo metálico corrugado de 24 in (n = 0.024) com declividade de 1% e 3 ft de carga sobre o centro: A = 3.14 ft². Entrada: 0.6 × 3.14 × √(2 × 32.2 × 3) = 26.2 cfs. Tubo: (1.49 ÷ 0.024) × 3.14 × 0.5^(2/3) × 0.1 = 12.3 cfs. Capacidade estimada: 12.3 cfs, limitada pelo tubo.
Premissas e limitações
- Apenas uma triagem: bueiros reais que trabalham cheios sob controle de saída podem conduzir mais do que a vazão de profundidade normal de Manning, porque a carga a montante aumenta a altura motriz. A equação de energia do HDS-5 inclui as perdas de entrada, de atrito e de saída, além do nível de jusante.
- A equação do orifício só é válida quando a entrada está submersa (carga de montante de cerca de 1.2 vez o diâmetro ou mais).
- Travessias de estradas na faixa de domínio público devem seguir o manual de drenagem da agência.
- Apenas para estimativa. Um Professional Engineer (PE) licenciado deve projetar e carimbar qualquer elemento estrutural, de fundação ou de segurança da vida.
Perguntas frequentes
O que é controle de entrada (inlet control) versus controle de saída (outlet control)?
Com controle de entrada, a geometria da entrada limita a vazão e o tubo pode conduzir mais. Com controle de saída, o atrito do tubo, o comprimento, a declividade e a água de jusante limitam a vazão. O HDS-5 manda calcular os dois e usar a carga de montante (headwater) maior.
Qual tamanho de bueiro preciso para a minha entrada de garagem?
Muitos condados exigem pelo menos tubo de 12 a 18 in para bueiros de entrada de carro, mas o tamanho certo depende da área de drenagem e da chuva de projeto. Estime a vazão de pico pelo método racional e depois verifique o bueiro, ou consulte o departamento de estradas local.
Que software os engenheiros usam para bueiros?
O programa gratuito HY-8 da FHWA implementa os métodos do HDS-5 para controle de entrada e de saída, transbordamento da via e nível de jusante.