Profundidade Crítica em Canal Retangular
Calcula a profundidade crítica de um canal retangular, y_c = (q² ÷ g)^(1/3), a partir da vazão específica q (vazão por unidade de largura, m³/s/m) e da gravidade g. A profundidade crítica é o tirante para o qual a energia específica do escoamento é mínima, e marca a fronteira entre os dois regimes do escoamento livre: acima dela o escoamento é subcrítico (lento, profundo, Fr < 1, controlado a jusante); abaixo, supercrítico (rápido, raso, Fr > 1, controlado a montante); exatamente nela, Fr = 1. O conceito de profundidade crítica é central na hidráulica de canais e estruturas: define a seção de controle em vertedouros, soleiras e medidores de vazão (calhas Parshall, vertedores), onde o escoamento passa pelo regime crítico de forma estável e a relação vazão-nível é unívoca — permitindo medir a vazão pela carga. Também determina se um ressalto hidráulico pode se formar (transição de supercrítico para subcrítico) e baliza o traçado de linhas d'água em remansos e quedas. Informe a vazão específica do canal.
Resultado
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Profundidade crítica em canal retangular
A profundidade crítica de um canal retangular é y_c = (q² ÷ g)^(1/3), função apenas da vazão específica q (vazão por unidade de largura) e da gravidade g. Ela é o tirante para o qual a energia específica do escoamento é mínima, e marca a fronteira entre os dois regimes do escoamento livre: acima dela o escoamento é subcrítico (lento, profundo, Froude < 1, controlado por jusante — como um rio calmo); abaixo, supercrítico (rápido, raso, Froude > 1, controlado por montante — como uma corredeira); exatamente nela, Froude = 1. O conceito de profundidade crítica é um dos pilares da hidráulica de canais. Ele define a seção de controle em vertedouros, soleiras e medidores de vazão (calha Parshall, vertedores de medição): nesses pontos o escoamento passa pelo regime crítico de forma estável, e a relação entre vazão e nível torna-se unívoca — o que permite medir a vazão simplesmente lendo a altura da lâmina d'água. A profundidade crítica também determina se um ressalto hidráulico pode se formar (só há ressalto na transição de supercrítico para subcrítico) e orienta o traçado das linhas d'água em remansos, quedas e mudanças de declividade. É a referência em torno da qual toda a hidráulica de canais se organiza. Informe a vazão específica do canal.
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Energia Dissipada no Ressalto Hidráulico
Calcula a energia específica dissipada em um ressalto hidráulico, ΔE = (y₂ − y₁)³ ÷ (4·y₁·y₂), a partir das profundidades conjugadas de montante y₁ (supercrítica) e jusante y₂ (subcrítica). O ressalto hidráulico é um dos dissipadores de energia mais eficientes da engenharia hidráulica: a turbulência intensa na transição entre os regimes rápido e lento converte energia cinética em calor e som, removendo o excesso de energia do escoamento. Essa perda de carga ΔE é exatamente o que se busca a jusante de vertedouros, comportas e descargas de fundo de barragens — a água chega com energia altíssima (capaz de escavar o leito do rio e comprometer a fundação da estrutura), e a bacia de dissipação induz o ressalto para 'queimar' essa energia de forma controlada, devolvendo ao rio um escoamento manso. Quanto maior o número de Froude incidente (maior a diferença entre y₁ e y₂), maior a fração de energia dissipada — ressaltos com Fr > 9 chegam a dissipar 85% da energia. Informe as profundidades conjugadas de montante e de jusante.
Energia da Onda
Calcula a densidade de energia de uma onda oceânica, E = (1 ÷ 8)·ρ·g·H², a partir da densidade da água ρ (kg/m³, ~1025 para água do mar), da gravidade g e da altura da onda H (m). O resultado, em J/m² (energia por unidade de área da superfície), é a soma das energias cinética e potencial da onda — proporcional ao quadrado da altura, por isso ondas grandes carregam muito mais energia. É a base do cálculo do potencial de geração de energia das ondas e do impacto sobre estruturas costeiras e a erosão de praias. Informe a densidade da água e a altura da onda.
Energia Específica de Extrusão (SEC)
Calcula a energia específica de extrusão (SEC — Specific Energy Consumption), SEC = potência ÷ vazão mássica, a partir da potência consumida pelo motor da rosca (kW) e da vazão mássica de produção (kg/h). O resultado, em kWh/kg, é a energia gasta para processar cada quilograma de polímero, e é o principal indicador de EFICIÊNCIA ENERGÉTICA de uma extrusora. Como a extrusão funde e bombeia o plástico em grande parte por aquecimento VISCOSO (a energia mecânica da rosca convertida em calor pelo cisalhamento), o consumo específico reflete diretamente o quão bem a rosca está fazendo seu trabalho. Valores típicos ficam entre 0,1 e 0,4 kWh/kg, variando com o polímero (cada um tem uma entalpia de fusão), a geometria da rosca, a rotação e a temperatura. Um SEC anormalmente ALTO indica problemas — rosca inadequada, cisalhamento excessivo (que pode degradar o material), temperatura mal ajustada — e desperdício de energia (a maior componente do custo operacional de uma extrusora). Um SEC muito baixo pode indicar fusão incompleta. Monitorar o SEC é central para a eficiência, a qualidade e a redução de custos e de emissões na indústria de transformação de plásticos. Informe a potência consumida e a vazão mássica.
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