A taxa de fluxo gravitacional é calculada usando a Equação de Manning, que se aplica à taxa de fluxo uniforme em um sistema de canal aberto que não é afetado pela pressão. Alguns exemplos de sistemas de canal aberto incluem fluxos, rios e canais abertos feitos pelo homem, como canos. A taxa de fluxo depende da área do canal e da velocidade do fluxo. Se houver uma mudança na inclinação ou se houver uma curva no canal, a profundidade da água mudará, o que afetará a velocidade do fluxo.
Anote a equação para calcular a taxa de vazão volumétrica Q devido à gravidade: Q = A x V, onde A é a área da seção transversal do fluxo perpendicular à direção do fluxo e V é a velocidade média da seção transversal do fluxo.
Usando uma calculadora, determine a cruz área seccional A do sistema de canal aberto com o qual você está trabalhando. Por exemplo, se você está tentando encontrar a área da seção transversal de um tubo circular, a equação seria A = (÷ 4) x D², onde D é o diâmetro interno do tubo. Se o diâmetro do tubo for D = 0,5 pés, então a área da seção transversal A = 0,785 x (0,5 pé) ² = 0,196 pés².
Anote a fórmula para a velocidade média V do seção transversal: V = (k ÷ n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2, onde n é o coeficiente de rugosidade de Manning ou constante empírica, Rh é o raio hidráulico, S é a inclinação inferior do canal e k é uma constante de conversão, que depende do tipo de sistema de unidades que você está usando. Se você estiver usando unidades habituais nos EUA, k = 1,486 e para unidades SI 1,0. Para resolver essa equação, você precisará calcular o raio hidráulico e a inclinação do canal aberto.
Calcule o raio hidráulico Rh do canal aberto usando a seguinte fórmula Rh = A ÷ P, onde A é a área transversal do fluxo e P é o perímetro molhado. Se você está calculando o Rh para um tubo circular, então A será igual a? x (raio do tubo) ² e P será igual a 2 x? x raio do tubo. Por exemplo, se o seu tubo tiver uma área A de 0,196 pés². e um perímetro de P = 2 x? x .25 ft = 1.57 ft, que o raio hidráulico é igual a Rh = A ÷ P = 0.196 ft² ÷ 1.57 ft = .125 ft.
Calcule a inclinação inferior S do canal usando S = hf /L, ou usando a fórmula algébrica slope = rise dividido por run, imaginando o pipe como sendo uma linha em uma grade xy. O aumento é determinado pela mudança na distância vertical yea corrida pode ser determinada como a mudança na distância horizontal x. Por exemplo, você encontrou a mudança em y = 6 pés e a mudança em x = 2 pés, de modo que a inclinação S = y y ÷ x x = 6 pés ÷ 2 pés = 3.
Determine o valor de Manning coeficiente de rugosidade n para a área em que você está trabalhando, tendo em mente que esse valor depende da área e pode variar em todo o sistema. A seleção do valor pode afetar muito o resultado computacional, portanto, ele é frequentemente escolhido a partir de uma tabela de constantes de conjuntos, mas pode ser calculado novamente a partir de medições de campo. Por exemplo, você encontrou o coeficiente de Manning de um tubo de metal totalmente revestido como 0,024 s /(m ^ 1/3) da Tabela de Rugosidade Hidráulica.
Calcule o valor da velocidade média V do fluxo por Conectando os valores que você determinou para n, S e Rh em V = (k n) x Rh ^ 2/3 x S ^ 1/2. Por exemplo, se encontramos S = 3, Rh = .125 ft, n = 0.024 ek = 1.486, então V será igual a (1.486 ÷ 0.024s /(ft ^ 1/3)) x (.125 ft ^ 2 /3) x (3 ^ 1/2) = 26,81 ft /s.
Calculando a vazão volumétrica Q devido à gravidade: Q = A x V. Se A = 0,196 ft² e V = 26,81 ft /s , então a vazão gravitacional Q = A x V = 0,196 ft² x 26,81 pés /s = 5,26 pés³ /s de vazão volumétrica de água passando pelo trecho do canal.
