Aula 1 - Introdução aos Condutos Livres

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HIDRÁULICA APLICADA 
Aula 1 – Introdução e condutos livres 
 
Profª Danielle Santos 
 
Conceito: 
 
 
 Hidráulica 
 
 
Ciência que estuda a condução da água 
Conceito mais amplo: 
 
Hidráulica é a área da engenharia que aplica os 
conceitos de mecânica dos fluidos na resolução de 
problemas ligados à: 
 
 
Energia 
Agricultura 
Indústria Saneamento Hidráulica 
Divisões da Hidráulica 
 
 
Hidráulica Teórica 
 
 
 
 
 
 
Hidráulica Aplicada 
Hidrocinemática 
Hidrostática 
Hidrodinâmica 
Velocidades e trajetórias das partículas 
Líquidos em repouso 
Líquidos em movimento e forças envolvidas 
Hidráulica Urbana 
Sistema de Abastecimento de Água 
Sistema de Esgotamento Sanitário 
Sistema de Drenagem Urbana 
Hidráulica Rural ou Agrícola 
Irrigação 
Drenagem Agrícola 
Hidráulica Fluvial Rios e Canais 
Hidráulica Marítima Portos e Obras Marítimas 
Instalações Prediais, Industriais e Hidrelétricas 
Meio Ambiente Preservação dos Habitats Aquáticos 
Dispersão de Poluentes 
Erosão, entre outros 
Propriedades dos Fluidos 
 Massa Específica (ou densidade absoluta) 
◦ É a relação entre a massa da porção do fluido e o seu volume 
 
 
 
◦ Características: 
 Varia com a pressão e temperatura 
 
 
 
m
v
Propriedades dos Fluidos 
 Peso Específico ( ) 
 
◦ É a relação entre o peso de uma certa porção de fluido e o seu volume. 
 
 
 
 
 

     peso
volume
massa g
volume
g
Propriedades dos Fluidos 
 Densidade Relativa 
◦ É a relação entre o peso específico de uma substância e o peso de uma outra 
tomada como referência. Para os líquidos, a água é o fluido tomado como 
referência 
 
 
 
◦ Características: 
 
 
dr
g
g
s
agua
s
agua
s
agua
 









dr
dr
agua
Hg
:
,
,


1 0
13 6
Propriedades dos Fluidos 
 Pressão: Piezômetros e Manômetros 
◦ É a relação entre a força normal que age numa superfície plana e sua área. 
 
 
 
 
 
◦ Unidade: 
 
 
 
 
 
A
F
P 
2
1
1
m
N
Pa 
FΔ

ΔA
A
 Lei de Stevin 
◦ A diferença de pressão entre dois pontos no interior de uma porção de 
fluido em equilíbrio, é igual ao produto do DESNÍVEL entre eles e seu 
peso específico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
◦ 1 mca = 0,1 kgf/cm2 = 0,01 MPa 
 
Propriedades dos Fluidos 
0
Y
F
hPP
hdAdAPdAP
dAPhdAdAP






12
21
0
21
Princípio da conservação da massa/Equação da 
continuidade: 
 
A massa de água que entra em um conduto (forçado ou livre) é 
a mesma que sai do conduto, se não houver contribuição ou 
retirada do fluido, ao longo do escoamento. 
 
 
 
 
 
Princípios da hidráulica 
Q= A1V1 = A2V2=constante 
Princípio da conservação da energia/Equação de 
Bernoulli: 
 
A Equação de Bernoulli: Primeira Lei da Termodinâmica, que se 
define: “A energia não pode ser criada nem destruída apenas 
transformada”. 
 
 
 
 
 
 
Princípios da hidráulica 
Hz
2g
V
γ
p 2

H  carga (energia) total por 
unidade de peso 
Significado dos termos 









2g
V
z
γ
p
2
Energia ou carga de pressão 
Carga de posição (energia potencial em 
relação a uma referência ou DATUM) 
Energia ou carga cinética 
12
2
2
2
2
2
1
1
1 ΔH
2g
V
z
γ
p
2g
V
z
γ
p

Para o escoamento real  atrito  perda de energia 
ou perda de carga 
 
•A maioria das aplicações da hidráulica na engenharia 
diz respeito à utilização de tubos; 
 
•Tubo é um conduto usado para transporte de fluídos, 
geralmente de seção circular; 
 
 
 
Escoamento em Tubulações 
 
•Conduto forçado: É aquele onde o líquido escoa sob 
pressão diferente da atmosférica. A canalização, 
sempre funciona totalmente cheia e o conduto é 
sempre fechado. 
 
•Conduto livre: Apresentam em qualquer ponto da 
superfície livre, pressão igual a atmosférica. 
Funcionam sempre por gravidade. 
 
 
 
Escoamento em Tubulações 
Pressão maior que a 
atmosférica 
Pressão igual à 
atmosférica 
forçado 
livre 
Com relação à “trajetória das partículas”: 
•laminar ou turbulento 
V  Velocidade média 
Classificação do escoamento 
• Nos canais o atrito entre a superfície livre e o ar, a 
resistência oferecida pelas paredes e pelo fundo, originam 
diferenças de velocidades. 
Distribuição da velocidade no perfil longitudinal 
 
 
 
 
Distribuição da velocidade 
• Distribuição da velocidade no perfil transversal 
 
 
 
Menor Velocidade Maior Velocidade 
Distribuição da velocidade 
Os canais são construídos com uma certa declividade, 
suficiente para superar as perdas de carga e manter 
uma velocidade constante. 
 
 
Condutos livres 
Elementos geométricos de um canal 
•Seção transversal 
•Área molhada 
•Perímetro molhado 
•Raio hidráulico 
•Borda livre 
 
RH= área molhada 
 Perímetro molhado 
 
Condutos livres 
Fórmula para dimensionamento dos canais(fórmula de 
Manning): 
 
 
 
Condutos livres 
Fórmula de Manning para canais circulares: 
 
 
 
Condutos livres 
Velocidade de escoamento em canais: 
 
•A utilização de velocidades altas está limitada pela 
capacidade das paredes do canal resistirem à erosão. 
•Velocidades baixas implicam em canais de grandes 
dimensões e assoreamento pela deposição do 
material suspenso na água. 
 
 
 
Condutos livres 
Condutos livres 
Condutos livres 
Declividades recomendadas: 
 
•Quanto maior a declividade, maior será a velocidade 
de escoamento, o que pode provocar erosão nos 
canais. Recomendam-se as declividades abaixo: 
 
Condutos livres 
Inclinações recomendadas: 
 
A inclinação dos taludes depende principalmente da 
natureza das paredes. 
 
Condutos livres 
Borda livre para canais: 
 
Esta distância deve ser suficiente para acomodar as 
ondas e oscilações da superfície da água, evitando o 
seu transbordamento. 
Recomenda-se para canais pequenos uma folga de 30 
cm e grandes canais 60 a 120 cm. 
 
Fórmula para dimensionamento dos canais(fórmula de 
Striker): 
 
 
 
Condutos livres 
Onde: 
Q = Vazão ( m3/s ); 
A = Área da seção molhada (m2); 
K = Coeficiente de rugosidade de Strickler; 
V = Velocidade de escoamento ( m/s ); 
R = Raio hidráulico ( m ) R = A / P ( P = Perímetro molhado ); 
J = Declividade do fundo ( m/m ). 
Condutos livres 
 
 
 
 
Exemplos