Aula 1 Introdução ao estudo de canais

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Escoamentos Livres - Aula 1 
Engenharia Civil 
Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
Profa Olga Caminha 
Agosto, 2017 
1. Introdução ao estudo de canais 
O escoamento livre, ou escoamento em canais abertos, é caracterizado 
pela presença de uma superfície em contato com a atmosfera, logo está 
sujeito à pressão atmosférica em pelo menos em um ponto da sua seção 
do escoamento. 
Em a, b e c: escoamento livre 
Em d: escoamento sobre pressão (conduto forçado). 
 
1. Introdução ao estudo de canais 
• Canais Naturais 
A superfície livre pode variar no 
espaço e no tempo. Assim, os 
parâmetros hidráulicos 
(profundidade, largura, declividade, 
etc.) também podem variar. 
Ex: Córregos, rios, correntes. 
• Canais Artificiais 
Os parâmetros do canal são 
controlados, e não necessariamente 
variam no espaço e no tempo, 
Ex: canais de irrigação, galerias, 
aquedutos. 
Prismático: seção reta e declividade de 
fundo constantes ao longo de seu 
comprimento. 
1. Introdução ao estudo de canais 
1.1 Tipos de escoamentos 
 Em escoamentos com superfície livre, o nível d‘água pode 
variar no tempo e no espaco. Além disso, grandezas como 
profundidade, vazão, velocidade e declividade do fundo do canal 
estão interligadas, fazendo com que a análise seja mais complexa 
do que a empregada em escoamento em condutos forcados 
(Chow, 1973). 
1. Introdução ao estudo de canais 
• Escoamento Permanente 
 
Escoamento permanente é aquele no qual as características do 
escoamento, tais como, vazão, velocidade e profundidade, não variam ao 
longo do tempo numa dada seção ou num dado local do domínio. O 
critério de classificação, nesse caso, é o tempo. 
 Uniforme 
Um escoamento é dito permanente e uniforme quando suas 
características se mantém constantes, tanto no tempo quanto no 
espaço. Canal prismático 
 Variado 
Um escoamento é dito permanente e variado quando, em qualquer 
lugar do domínio, as características do escoamento não mudam ao 
longo do tempo, porém são diferentes de local para local. 
1. Introdução ao estudo de canais 
Tipos de escoamentos permanentes. 
1. Introdução ao estudo de canais 
1.2 Classificação do escoamento 
Baseada em números adimensionais 
 Número de Reynolds: 
𝑹𝒆 =
𝑽𝑳
ʋ
 Re < 500 - Escoamento Laminar 
Re > 2000 - Escoamento Turbulento 
𝑅𝑒 =
𝐹𝑜𝑟ç𝑎𝑠 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑖𝑠
𝐹𝑜𝑟ç𝑎𝑠 𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠
= 
*L: Dimensão Geométrica 
1. Introdução ao estudo de canais 
1.2 Classificação do escoamento 
Baseada em números adimensionais 
 Número de Froude: 𝐹𝑟 =
𝐹𝑜𝑟ç𝑎𝑠 𝐼𝑛𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑖𝑠
𝐹𝑜𝑟ç𝑎𝑠 𝐺𝑟𝑎𝑣𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑠
 
𝑭𝒓 =
𝑽
𝒈𝑳
 
Fr < 1 - Escoamento Subcrítico (FLUVIAL) 
Fr = 1 - Escoamento Crítico 
Fr > 1 - Escoamento Supercrítico (TORRENCIAL) 
𝐹𝑟 = 
*L: Dimensão Geométrica 
1. Introdução ao estudo de canais 
1.3 Características Geométricas dos Canais 
Área molhada (Am): área efetiva de escoamento, normal à direção do 
escoamento. 
 
Perímetro molhado (Pm): comprimento da linha de contorno da área molhada, 
excluindo-se a superfície livre. 
 
Raio Hidráulico (Rh): É a razão entre a área molhada e o perímetro molhado. 
Rh= Am/Pm 
 
Largura superficial (T): Largura da superfície líquida em contato com a 
atmosfera. Função da geometria da seção. 
 
Profundidade hidráulica (yh): Razão entre a área molhada (A) e a largura 
superficial (B). 
Yh=Am/T 
1.3 Características Geométricas dos Canais 
Determine as propriedades geométricas do canal retangular 
representado: 
Am= 40 m² 
Pm = 18 m 
Rh = 40 m²/18 m = 2,22 m 
T = 10 m 
Yh = 40 m²/10 m = 4 m 
Exemplificação Retângulo no Quadro 
1. Introdução ao estudo de canais 
Exemplificação 
Trapézio 
1. Introdução ao estudo de canais 
1.4 Distribuição de Velocidades 
As velocidades das várias partículas em um canal não estão 
uniformemente distribuídas na seção reta do mesmo. As velocidades 
variam acentuadamente de um ponto a outro. 
A desuniformidade dos perfis de velocidade nos canais depende da 
forma geométrica da seção e é devida à resistência oferecida pelo 
fundo e pelas paredes do canal (tensões cisalhantes) e à presença da 
superfície livre devido aos ventos. 
1.4 Distribuição de Velocidades 
V máxima 
1.4 Distribuição de Velocidades 
1.4 Distribuição de Velocidades 
Curvas isotáquicas em um canal aberto. 
1.4 Distribuição de Velocidades 
Canais Artificiais 
1.4 Distribuição de Velocidades 
Canais Naturais