Programa de
t4icrocomputodor..
em Unguagem Basic 6
paro o
Dimensionamento
Canais de
irrigação
14012 CPAO JSSN 0102-5651 1986leira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA FL - PP 14012 mistério da Agricultura
uniaaae de Execução de Pesquisa de Arnbito Estadual de Dourados - UEPAE de Dourados Dourados, MS
Programa de
1985 FL-PP-14012
II liii II III III 1 Dourados, MS 1986 AI-SEDE- 46037-1
REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL Presidente: J05é Sarney
Ministro da Agricultura: Iria Rezende Machado
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - EMBRAPA Presidente: Ormuz Freitas Rivaldo
Diretores:Ali Aldersi Saab
Derli Chaves Machado da Silva Francisco Ferrer Bezerra
ISSN 0102-5651 Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecu5ria-EMBRAPA
Vinculada ao Ministrio da Agricultura
Unidade de Execução de Pesquisa de Ambito Estadual de Dourados-UEPAE de Dourados fr' Dourados, MS
PROGRAMA DE MICROCOMPUTADOR, EM LINGUAGEM BASIC, PARA O DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO
José Aguilar D. Claudio Alberto Souza da Silva
Rinaldo de Oliveira Calheiros
Dourados, MS 1986
EMBRAPA. UEPAE Dourados. Documentos,24
Exemplares desta publicação podem ser solicitados
a
EMBRAPA-UEPAE de Dourados Rodovia Dourados-Caarapó, km 5 Caixa Postal 661 Telefone (067) 421_5521* Telex: (067) 2310 79800 - Dourados, MS Tiragem: 500 exemplares Comitê de Publicações:
Cezar Mandes da Silva (Presidente)
EU de Lourdes Vasconcalos (Secretária) Carlos Virgilio Silva Barbo
Francisco Marques Fernandes João Carlos Heckier
Sérgio Arco Comez
Dapresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. Unida de de Execução de Pesquisa da Ambito Estadual de Dourados, MS.
Programa de microcomputador, em linguagem BASIC, para o dinensionamanto de canais de irrigação, por José Aguilar D., Cláuclio Alberto Souza da SilvaeRi naldo de Oliveira Calheiros. Dourados, 1986.
34c,. (EMBEAPA. UEPZ½E Dourados. Documentos, 24). 1. Irrigação-Canais-Dimensionamento-Programação (Computadores eletrônicos)-Uso.2.Programação (Compu tadores eletrônicos) -Uso-Irrigação-Canais-Constru
ção.I.Agular D ,J.II.Silva, Cláudio Alberto
Souza da, colab.III.Calheiros, Rinaldo de Oliveira, colab . IV.Título .V. Série.
52072
SUMÁRIO
Página
1. INTRODUÇAO ...
2.FÓRMULAS E ELEMENTOS PARA CÁLCULO DE CANAIS ... 5
2.1. Fórmulas hidráulicas ...6
2.2. Fórmulas com base nas seções geométricas ... 6
2.2.1. Significado dos elementos das fórmulas geométri cas...8
2.3. Equações complementares ...9
2.4. Considerações sobre os elementos de cálculo dos ca nais...10
2.4.1. Velocidade média de escoamento (V) ...10
2.4.2. Coeficiente de rugosidade ou atrito (N) ... 10
2.4.3. Forma da seção transversal do canal ...10
2.4.4. Declividade dos taludes ...10
2.4.5. Declividade longitudinal (hidráulica) dos canais 13 3. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO ...13
3.1. Canais de seção trapezoidal ... 13
3.2. Canais de seção retangular ... 13
3.3. Canais de seção triangular ... 13
3.4. Solução dos problemas ... 16
4. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA ... 16
S. EXERCICIOS ...17
6. REFERËNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 23
APENDICE 1. Programa para o dimensionamento de canais de irrigação ... 24
PROGRAMA DE MICROCOMPUTADOR, EM LINGUAGEM BASIC, PARA O DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO
José Aguilar D. 1
2 Claudio Alberto Souza da Silva 3 Rinaldo de Oliveira Calheiros
1. INTRODUÇÃO
Na elaboração de projetos de irrigação, onde a condução e dis tribuição da água são realizadas através de canais abertos, o di mensionamento destes deve ser feito analisando-se o maior número possível de alternativas; isto, com o propósito de selecionar tipos de canais que garantam, além da economicidade, eficiente condução e distribuição da água.
Para se ter informações suficientes sobre diversos tipbs e ta manhos de canais, devem ser feitos diferentes cálculos de dimen sionamento dos mesmos, o que exige trabalhos laboriososemuitas vezes complexos.
A realização destas tarefas podem ser agilizadas através da
utilização de microcomputador.
Com o propósito de realizar os cálculos de dimensionamento de canais abertos de seção trapezoidal, retangular e triangular, sob
forma computadorizada, elaborou-se um programa, em linguagem BASIC, para microcomputador (Polymax 10155) . Utilizou-se a fórmu
la de Manning e a equação da continuidade, de acordo com as fór mulas geométricas das seções transversais dos canais considera dos neste trabalho.
2. FÓRMULAS E ELEMENTOS PARA CALCULO DE CANAIS
t -
Eng.,Agr., M.Sc., do Instituto Interamericano de Cooperaçao pa ra a Agricultura (IICA), a disposiço da EMBRAPA-UEPAE de Dou
2 rados, Caixa Posta1 661, 79300- Dourados, MS.
3 Eng.-Agr., M.Sc., da EMBRAPA-UEPAE de Dourados.
Eng.Agr., M.Sc.,, da EMFAER a d1sposiço da EMBRAPA-UEFAE de Dou rados.
No dimensionamento de canais de irrigação, deve considerar-se as limitações que são impostas pelas condições físicas e to pográficas do terreno, sobre elementos hidráulicos das fórmulas de cálculo. Por outro lado, a efici&ncia de condução e o volume de escavação necessária paraacontrução, impõem limitações adi cionais sobre os elementos da seção hidráulica do canal.
2.1. Fórmulas hidráulicas
a) Velocidade de fluxo
Para o cálculo da velocidade uniforme de escoamento em um conduto livre, existem muitas fórmulas. Neste trabalho foi considerada a equação comumente chamada de fórmula de Man ning, que é a de Chezy com coeficiente de rugosidade desen volvido por Manning e cuja expressão é:
V=' .R2/i . 1½ ...onde :
N
V = Velocidade média de escoamento (mis)
R = = Raio hidráulico (m)
P
A = Área da seção hidráulica (m2 )
P = Perímetro molhado da seção hidráulica (m)
1 = Declividado longitudinal do fundo do canal (mim) N = Coeficiente de rugosidade do leito do canal
b) Equação da continuidade
Tratando-se de movimento permanente e, considerando-se um trecho de tubo de líquido corrente, a quantidade que en tra na seção Al iguala-se à que sai por A2; cuja equação geral é:
Q= AV ...onde:
Q = Vazão (m3 /s)
V = Velocidade média de escoamento na seção (mis)
A = Área da seção de escoamento - seção hidráulica (m2 )
7
a) Canal de seção trapezoidai
y SECÃO cwÂCTERISTIC A 1)0 CANAL. •x
> .... ... ... ..Ii ...<
1) área da seção hidráulica (A) = (B + MII) II
2) área da seção física (Al)
Al = (13 + MH1) Iii 3) perirnetro molhado (1') P = 13 + 2H /fi 4) raio hidráulico (R) = (B + EM) II 13 + 211
b) Canal de seção retangular
se•) c:;p(;ç() CARAÇr EIR :I:sri:CA 1)0 (::ANAL •x
> ---
-
11•1
•
!
1) área da seção hidráulica (A) A = 13 x 11
2) área da seção física (Ai) A1=BxFIl 3) perímetro molhado (P) P = 13 + 211 4) raio hidráulico (R) 1311 13 +. 211
c) Canal de seção triangular
3[:c;ç:) (:rrt([:1I:r 1:Eri:c: I
r)()
(::;AL.. •') ... 132 ...
> ... 11 ...
1) área da seção hidráulica (A) A = 112 . M
2) área da seção física (Ai)
TU = (111) 2 M 3) perímetro molhado (P) P = 211 4P ~ 1 4) raio hidráulico (R) 11.14 2 /142 + 1
2.2.1. Significado dos elementos das fórmulas geomótricas
A = Área da seção hidráulica (m 2 )
rã]
13 = Largura da base inferior da seção molhada (m) Bi = Largura da base superior da seção molhada (m) 132 = Largura da base superior da seção física (m) II = Altura da lémina de água no canal (m)
111 = Altura da seção físisa (m)
M = Declividade ou talude la seção do canal (mim) a = Ângulo do talude do canal
P = Perimetro molhado (m) R = Raio hidaúlico (m) 23. Equações complementares a) Equação da declividade VxN 2 = R 3 . ... onda:
1 = Declividada longitudinal do fundo do canal (m/m) V = Velocidade média de escoamento (mis)
N = Coeficiente de rugosidade do leito do canal R = Raio hidaülico (m)
b) Equações para o dimensionamento de canais por tentativas (calcular 11 ou 13) Q = A . V = . A . R 21, . I'% ... b.l) de (b.1) temos: Q.N=AR 2/3 =A (A)2/ =A ' - p 2,, ...(b. 2 De (b.2) temos: Q.N = K ...(b.3) = Xl ...(b.4)
lo
de (b.4) temos a seguinte equação geral:
[(B + MII) HJ513
= Ki ...(b.5)
[B + 2 . II . /1 + £421 2/3
No dimensionamento de canais por tentativas utiliza-se a equa ção b.5, para calcular os valores de II ou B, quando são conheci
dos os valores de Q, N, 1 e M.
2.4. Considerações sobre os elementos de cálculo dos canais
2.4.1. Velocidade m&dia de escoamento (V)
Os limites desta velocidade média estão condicionados pelo
grãu de erosividade dos materiais do leito do canal e pela possi vel sedimentação dos materiais em suspensão transportados pela água (Tabela 1).
2.4.2. Coeficiente de rugosidade ou atrito (N)
Os valores deste coeficiente dependem das condições das pare des do leito do canal e dos materiais dc construção do mesmo (Ta bela 2)
2.4.3. Forma da seção transversal do canal
De maneira geral, os tipos de seção transversal utilizados nos canais de irrigação são de forma trapezoidal. Em casos especiais, pode-se adaptar as formas retangulares ou triangulares, em fun
ção dos materias de construção e do objetivo dos canais.
Para a seleção da forma da seção mais conveniente, deve-se
considerar entre outras coisas: economia do volume de escavação, altura da lâmina de água no canal (em função das áreas a serem irrigadas), disponibilidade de maquinaria de construção, perdas de água por infiltração no percurso do canal e topografia do terreno.
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13
A seleção da declividade dos taludes depende do grau de esta bilidado dos materiais de construção dos canais; podo-se utili zar os dados da Tabela 3, do acordo com as características lo cais.
2.4.5. Declividade longitudinal (hidráulica) dos canais
Depende, principalmente, da declividade natural do terreno e da vazão de operação segundo o objetivo do canal. Os dados da Tabela 4 servem como orientação na seleção da doclividade, mais conveniente para fins de irrigação.
3. DIMENSIONAMENTO DE CANAIS DE IRRIGAÇÃO
Quando, na prática, dimensionam-se canais de irrigação de
acordo com a forma da seção transversal selecionada, podem apre sentar-se os seguintes casos mais comuns:
3.1. Canais de seção trapezoidal
a) Conhecidas: 13, li, M, N e 1; calcula-se '1 e Q;
b) conhecidas: B, E, M, N e Q; calcula-se V e 1;
c) conhecidas: 13, M, N, Q e V; calcula-se E e 1;
d) conhecidas: Q, N, 1 e M; calcula-se 11, B e V.
3.2. Canais de seção retangular
a) Conhecidas: 13, E, N e 1; calcula-se V e Q;
b) conhecidas: 13, E, N e Q; calcula-se V e 1;
c) conhecidas: B, N, Q e V; calcula-se E e 1;
d) conhecidas: Q, N e 1; calcula-se H, 13 e V.
3.3. Canais de seção triangular
a) Conhecidas: Ii, M, N e 1; calcula-se V e Q;
b) conhecidas: E, £1, N e Q; calcula-se V e 1;
c) conhecidas: M, N, Q e V; calcula-se E e 1;
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16
3.4. Solução dos problemas
Nos canais de seções trapezoidal, retangular e triangular, Os
problemas de dimensionamento dos casos citados nos itens "a" e "c" são do tipo hidraulicamente determinados e são resolvidos, neste trabalho, por meio da fórmulade Manning e da equação da continuidade. Os do £tem "d" são do tipo hidraulicamente indeter minados, cuja solução & obtida aplicando-se a fórmula de Manning, a equação da continuidade e o mótodo de tentativas. Neste último, o procedimento consiste em arbitrar um valor fixo para B ou 11 e, por meio da equação b.5, obter-se diversos valores para Kl; para tal, dão-se diferentes valores para o elemento desconhecido (II ou 3) . Considera-se o problema resolvido quando os valores de K e Kl são iguais ou muito próximos; ainda, dependendo do tipo de problema, pode-se fixar o valor de E ou 11 em função do equipa mento disponível para a construção dos canais, ou da profundida de limite dos mesmos, de acordo com as condições locais.
Na solução dos problemas dos casos anteriores considera-se importante a obtenção de dois tipos de informações: aquelas que estão relacionadas diretamente com o dimensionamento hidráulico (seção molhada do canal) e as que correspondemaodimensionamento físico (seção física do canal) . As informações hidráulicas obedo cem às leis da hidráulica dos fluidos e as informações físicas servem para estimar os volumes de terras a serem movimentadas na construção dos canais.
4. DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA
Foi preparado um proqrama, em linguagem BASIC, para microcom putador Polymax 101SS, baseado em fórmulas hidráulicas (Manning e da continuidade) e geom&tricas, anteriormente analisadas. Coo siderou-se os quatros casos que podem apresentar-se no dimensio namento de canais de seção trapezoidal, retangular e triangular
(Apôndice 1)
Para executar o programa, procede-se da seguinte maneira: a) coloca-se o disquete contendo o programa (CANAL.I3AS); b) digita-se a instrução "M CANAL", (CR)
17
computador; e
d) após ter sido dada a entrada das informações a iml)rossora fornecerá tabelas contendo os dados de dimonsionamento dos canais considerados.
5. EXERCIdOS
Dimensionar os seguintes tipos de canais: a) de seção trapezoidal
- Canal 1.- Dados conhecidos: B = 2,00 m
II = 1,00 n M = 1,5 N = 0,030
1 = 0,002 (n/m)
Calcular: V, Q o os outros elementos da seção física do ca
nal
- Canal 2.- Dados conhecidos: B=1,OOm
11 = 0,SOm M = 1,0 N = 0,025
Q = 1,00 (m3 /s)
Calcular: V, 1 e os outros elementos da seção física do
canal
- Canal 3.- Dados conhecidos: B=2,00m
M = 1,5 N = 0,030
Q = 3,8115 (m3 /s)
V = 1,0890 (mis)
Calcular: ii e 1 e outros elementos da sõção física do ca na 1
- Canal 4.- Dados conhecidos:
Q = 1,00 (m3 /s)
N = 0,025
Em
M = 1,0
Calcular: H, 13, ! e os outros elementos da seção física do canal
Na Tabela 5, encontra-se a solução destes quatros casos; b) de seção retangular
- Canal 1.- Dados conhecidos 8 = 1,00 m
II = 0,50 m N = 0,030
1 = 0,0037 (mim)
Calcular: V, Q e os outros elementos da seção física do
canal
- Canal 2.- Dados conhecidos: B = 1,50 m
ii = 0,80 m N = 0,030
Q = 1,1637 (m3 /s)
Calcular: V, 1 e os outros elementos da seção física do canal
- Canal 3.- Dados conhecidos: 13 = 1,00 m
N = 0,030
Q = 0,4023 (3/)
V = 0,8046 (mis)
Calcular: ii e 1 e outros elementos da seção física do ca nal
- Canal 4.- Dados conhecidos:
Q = 1,1637 (m3 /s)
N = 0,030
1 = 0,003 (mim)
Calcular: 11, 13, V e outros elementos da seção física do canal
Na Tabela 6, encontra-se a solução destes quatro casos; c) de seção triangular
- Canal 1.- Dados conhecidos: H = 0,40 m
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21
14 = 1,0 N = 0,030
1 = 0,005 (mim)
Calcular: V, Q e os outros elementos da seção física do canal
Canal 2.- Dados conhecidos: H = 0,60 m
M = 1,5
14 = 0,025 (mim)
Q = 0,4690 (m3 /s)
Calcular: V, 1 e outros elementos da seção física do ca na 1
- Canal 3.- Dados cohecidos: 14 = 1,0
N = 0,030
Q = 0,1024 (m3 /s)
V = 0,6398 (mis)
Calcular: 11, 1 e os outros elementos da seção física do - canal.
- Canal 4.-. Dados conhecidos:
Q = 0,4690 (m3 /s)
N = 0,025
1 = 0,003 (mim) M = 1,5
Calcular: H, V e os outros elementos da seção física do canal
Na Tabela 7, encontra-se a solução destes guatros casos.
6. REFERaNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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