Aula 02 - Escoamento Turbulento e Variado

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Hidráulica e Hidrologia Aplicada 
- Canais Livres - 
Escoamento Turbulento e Variado 
 
 
 
 
Prof. Flaryston Pimentel 
flarystonunip@yahoo.com 
 
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia 
Engenharia Civil 
Campus: Goiânia - Flamboyant 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Canal 
Retangular 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Curva adimensional da energia específica para canais retangulares 
Exemplo 01: 
 
Em um canal retangular de 3,0 m de largura, declividade de 
fundo Io = 0,0005 m/m, coeficiente de rugosidade n = 0,024, 
escoa, em regime uniforme, uma vazão de 3,0 m3/s. Determine 
a energia específica e o tipo de escoamento (fluvial ou 
torrencial), e, para a vazão dada, a altura crítica, a energia 
específica crítica e a velocidade crítica. 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: E = 1,38 m; Regime fluvial; yC = 0,47 m; EC = 0,70 m; VC = 2,14 m/s 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Exemplo 02: 
 
Um canal retangular tem 1,20 m de largura. Determine as duas 
profundidades nas quais é possível ter um escoamento com 
uma vazão de 3,5 m3/s de água, com uma energia ou carga 
específica de 2,86 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: y1 = 2,80 m (fluvial); y2 = 0,43 m (torrencial) 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Profundidade crítica em canais trapezoidais 
Exemplo 03: 
 
Pelo canal trapezoidal mostrado, abaixo, escoa uma vazão de 
3,5 m3/s, em regime permanente e uniforme com altura d’água 
yo = 1,0 m. Nessas condições, determine a energia específica do 
escoamento e a profundidade crítica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: E = 1,10 m; yC = 0,74 m 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
CANAIS COM SEÇÃO CIRCULAR 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Profundidade crítica em canais circulares 
Exemplo 04: 
 
Uma galeria de águas pluviais de 1,0 m de diâmetro escoa uma 
determinada vazão, em regime uniforme, funcionando na 
seção de máxima velocidade. Qual deve ser a declividade de 
fundo para que este escoamento seja crítico? Adote n = 0,014. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: I0 = 0,0083 m/m 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Profundidade e energia críticas em canais trapezoidais 
Para canais com forte declividade (I0 > IC) alimentados por um 
reservatório de grandes dimensões, segue a gráfico abaixo: 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
ENERGIA (CARGA) ESPECÍFICA 
Profundidade e energia críticas em canais trapezoidais 
Segue outro gráfico, com coeficientes adimensionais para 
canais trapezoidais, em função das características físicas do 
escoamento e geométrica da seção: 
RESSALTO HIDRÁULICO 
• Ocorre na transição de um escoamento supercrítico para um subcrítico; 
 
• Ocorre elevação brusca do nível d’água, sobre curta distância; 
 
• Há instabilidade na superfície com ondulações e “rolos” responsáveis por 
incorporação de ar no escoamento; 
 
• Ocorre considerável perda de energia em função da grande turbulência; 
 
• Assume posição fixa (onda estacionária) a jusante de uma comporta de 
fundo ou ao pé de um vertedor de barragem; 
RESSALTO HIDRÁULICO 
FINALIDADES PRÁTICAS 
 
• Empregado como dissipador de energia, para contenção de erosões em leitos 
naturais à jusante de obras hidráulicas; 
RESSALTO HIDRÁULICO 
FINALIDADES PRÁTICAS 
 
• Empregado como elemento de mistura rápida de substâncias em calhas Parshall 
na entrada de ETA’s e ETE´s; 
RESSALTO HIDRÁULICO 
• Ocorrência do fenômeno dá-se em canais horizontais ou de 
pequena declividade; 
• Embasamento teórico: Força específica. 
RESSALTO HIDRÁULICO 
• Ocorrência do fenômeno dá-se em canais horizontais ou de 
pequena declividade; 
• Embasamento teórico: Força específica. 
RESSALTO HIDRÁULICO 
TIPOS DE RESSALTO 
 
O aspecto físico do ressalto varia com o número de Froude da 
seção de montante (FR1): 
RESSALTO HIDRÁULICO 
TIPOS DE RESSALTO 
RESSALTO HIDRÁULICO 
ALTURAS CONJUGADAS (y1 e y2) – canais retangulares 
RESSALTO HIDRÁULICO 
PERDA DE CARGA (ΔE) 
RESSALTO HIDRÁULICO 
PERDA DE CARGA (ΔE) 
RESSALTO HIDRÁULICO 
RESSALTO HIDRÁULICO 
Exemplo 05: 
 
Um canal retangular com 21 m de largura transporta 150 m³/s 
em condições supercríticas. Ao final do canal, uma estrutura de 
concreto eleva o NA a 3,0 m de altura, ocasionando um ressalto 
hidráulico. Calcule a profundidade líquida à montante do 
ressalto, a energia por ele dissipada e a eficiência do mesmo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: y1 = 0,89 m; ΔE = 0,88 m; η = 21% 
RESSALTO HIDRÁULICO 
RESSALTO HIDRÁULICO 
ALTURAS CONJUGADAS (y1 e y2) – canais trapezoidais 
Relação das alturas conjugadas em função de FR1 e M - canais trapezoidais 
M = 0 (canais de seção retangular) 
M = ȹ (canais de 
seção triangular) 
RESSALTO HIDRÁULICO 
ALTURAS CONJUGADAS (y1 e y2) – canais trapezoidais 
Exemplo 06: 
 
A altura d’água no regime torrencial em um canal trapezoidal 
com largura de fundo igual a 3 m, inclinação dos taludes Z = 2 e 
vazão de 20 m3/s vale y1 = 0,50 m. Determine a altura 
conjugada no regime fluvial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resp.: y2 = 2,5 m 
RESSALTO HIDRÁULICO 
EFEITOS DE REMANSO 
Sobre-elevação das águas, causada por barreiras físicas 
(barragens) em um manancial hídrico. Seus efeitos são 
perceptíveis quando observa-se a elevação do nível d’água à 
montante dessa barreira. 
EFEITOS DE REMANSO 
Sobre-elevação das águas, causada por barreiras físicas 
(barragens) em um manancial hídrico. Seus efeitos são 
perceptíveis quando observa-se a elevação do nível d’água à 
montante dessa barreira. 
EFEITOS DE REMANSO 
EFEITOS DE REMANSO 
Região crítica 
YC 
Y2 = h + YC 
 
h = altura da barragem