01 ESCOAMENTO LIVRE

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HIDRÁULICA APLICADA
Prof. Leandro Araujo Cavalcante 
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Escoamento Conduto Livre;
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CONTEUDO PROGRAMÁTICO
 
Denominam-se condutos livres ou canais, os condutos onde o escoamento é caracterizado por apresentar uma superfície livre na qual reina a pressão atmosférica. Neste contexto, os cursos d’água naturais constituem o melhor exemplo de condutos livres. 
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ESCOAMENTO CONDUTO LIVRE
 
Além dos rios, funcionam como condutos livres os canais artificiais de irrigação e drenagem, os aquedutos abertos, e de um modo geral, as canalizações onde o líquido não preenche totalmente a seção do canal. 
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ESCOAMENTO CONDUTO LIVRE
 
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ESCOAMENTO CONDUTO LIVRE
 
Forma Geométrica dos canais
Os canais são projetados usualmente em uma das quatro formas geométricas seguintes: Retangular, trapezoidal, triangular e semi-circular, sendo a forma trapezoidal a mais utilizada
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Elementos característicos da seção de um canal
Área (A) – é a seção plana do canal, normal a direção geral da corrente líquida;
Seção molhada (A) - parte da seção transversal que é ocupada pelo líquido.
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Os elementos geométricos da seção molhada são:
Profundidade (h) - altura do líquido acima do fundo do canal;
Área molhada (Am): é a área da seção molhada;
Perímetro molhado (P) - comprimento relativo ao contato do líquido com o conduto;
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Os elementos geométricos da seção molhada são:
Largura Superficial (B) - largura da superfície em contato com a atmosfera;
Raio hidráulico (R) - relação entre a área molhada e perímetro molhado;
Profundidade Hidráulica - relação entre a área molhada e a largura superficial.
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Inclinação dos taludes:
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Movimento uniforme nos canais:
Q = A x V
Q: Vazão (m³ s-¹ ou m³/s);
A: Área da seção molhada (m²);
V: Velocidade de escoamento (m/s).
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Equação de Chézy:
V: Velocidade;
C: Coeficiente de Chézy;
R: Raio hidráulico (m);
I: Declividade (m/m) 
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Equação de Strickler:
V: Velocidade;
K: Coeficiente de rugosidade de Strickler;
R: Raio hidráulico (m);
J: Declividade (m/m) 
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Coeficiente de Strickler:
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Equação de Manning:
V: Velocidade;
n: Coeficiente de rugosidade de Manning;
R: Raio hidráulico (m);
J: Declividade (m/m) 
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Coeficiente de Manning (NBR 10844):
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Coeficiente de Manning:
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Distribuição da velocidade em relação a altura:
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Distribuição da velocidade em relação a largura:
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Distribuição da velocidade:
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ESCOAMENTO CONDUTO LIVRE
 
Qual a vazão de um canal de conduto livre de forma retangular feito de concreto sem acabamento com dimensões de fundo de 2,00m e altura de 1,00m e com 0,20m de borda livre. A inclinação do conduto é de 0,15%, sendo que coeficiente de rugosidade de Manning é 0,0125 e o coeficiente de rugosidade de Strickler é 80.
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EXEMPLO 1
 
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EXEMPLO 2
 
Qual a vazão de um canal de conduto livre de forma trapezoidal feito de concreto com acabamento com dimensões de fundo de 2,50m e altura de 1,50m e a razão do talude é de 2:1. A inclinação do conduto é de 0,13%, sendo que coeficiente de rugosidade de Manning é 0,01 e o coeficiente de rugosidade de Strickler é 100.
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EXEMPLO 3
 
Um projeto de abastecimento verificou a necessidade de 3.100 litros/s de água, que será transportado por um canal de concreto, com acabamento (k = 80; N = 0,0125). Sendo o ponto de captação na cota 238,78 e o seu destino na cota 236,53 e seu comprimento de 1.500m e sua seção trapezoidal com talude de 1:0,5 (V:H). Qual deve ser a altura do canal se sua base for 1,50m.
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EXEMPLO 4