Defina:
Conduto livre;

Passo 1

O enunciado pede apenas uma coisa: definir o termo “Conduto livre”. Não há outros dados numéricos ou figura — só a solicitação da definição.

Passo 2

Definição direta e curta:
Um conduto livre é um canal ou tubo por onde o fluido escoa deixando uma superfície livre exposta à atmosfera (ou a uma pressão conhecida), ou seja, o fluido não preenche totalmente o conduto e existe uma interface fluido‑ar. Em outras palavras, há uma “superfície livre” cuja pressão é (tipicamente) a pressão atmosférica.

Passo 3

Explicação física passo a passo (por que isso importa).
  • Quando o escoamento tem superfície livre, a pressão na superfície é conhecida (normalmente igual à pressão atmosférica). Isso diferencia esse tipo de escoamento dos casos em que o conduto está completamente cheio e o fluido fica em pressão manométrica (escoamento pressurizado).
  • A presença da superfície livre faz com que a gravidade seja o agente que domina a forma do perfil livre e a velocidade média, e que conceitos como profundidade do escoamento e energia específica sejam úteis.

Passo 4

Variáveis e relações básicas utilizadas em condutos livres (aprenda as notações para a prova).
  • Vazão: \,Q (m³/s) — volume por unidade de tempo que passa pela seção.
  • Área molhada: \,A (m²) — área da seção ocupada pela água (depende da profundidade \,y).
  • Velocidade média: \,V=\dfrac{Q}{A}.
  • Energia específica: \,E — energia por unidade peso relativa à superfície livre, dada por
E = y + \frac{Q^{2}}{2gA^{2}},
onde \,y é a profundidade medida verticalmente da calha até a superfície livre, e \,g é a gravidade. Expliquei cada termo: \,y é energia por altura; o segundo termo é a energia cinética convertida para altura.
  • Número de Froude (classifica o regime):
\mathrm{Fr}=\frac{V}{\sqrt{gD_h}},
com D_h sendo a profundidade hidráulica (por exemplo, para seções retangulares D_h=A/T, onde T é a largura superficial). Quando \mathrm{Fr}<1 o escoamento é subcrítico (ondulação pode se propagar para montante); quando \mathrm{Fr}>1 é supercrítico.

Passo 5

Diferença prática entre “conduto livre” e “conduto cheio (pressurizado)” — como identificar rápido numa prova.
  • Conduto livre: superfície livre visível, pressão na superfície ≈ pressão atmosférica, velocidade e profundidade variam com a topografia e inclinação; problemas pedem y, A, Q, energia específica, Froude, equações de energia/continuidade e às vezes Manning.
  • Conduto cheio: não há superfície livre; o fluido ocupa todo o volume e a pressão pode ser diferente da atmosférica; usa‑se equações de escoamento pressurizado (Bernoulli com pressões, perda por atrito em tubos cheios, equações de rede, etc.).
    Dica de identificação: se no enunciado falam em “profundidade”, “superfície livre”, “calha”, “nível” ou “altura da lâmina”, é conduto livre.

Passo 6

Fórmulas práticas que costumam cair em prova (guarde essas na cabeça):
  • Continuidade: \,Q = A\,V.
  • Energia específica: \,E = y + \dfrac{Q^{2}}{2gA^{2}}.
  • Equação de Manning (escoamento uniforme em canal aberto):
V = \frac{1}{n} R^{2/3} S^{1/2},
onde \,n é o coeficiente de rugosidade, \,R=\dfrac{A}{P} é o raio hidráulico ( P = perímetro molhado) e \,S é a inclinação de energia (aproximada pela declividade do leito para escoamento uniforme).
Explicação rápida: essa equação relaciona a velocidade média com a geometria do perfil e a inclinação; é muito usada para calcular Q quando o escoamento é uniforme.

Passo 7

Exemplos curtos para fixar (lembrete mental):
  • Rio, canal, calha aberta → conduto livre.
  • Tubo parcialmente cheio (como uma tubulação que não está totalmente cheia) → também é conduto livre (há superfície livre dentro do tubo).
  • Tubo cheio sob pressão (por ex. água numa adutora pressurizada) → não é conduto livre.

Passo 8

Erros comuns e como evitá-los na prova:
  • Não confundir “conduto livre” com “conduta” (vocabulário): sempre cheque se existe superfície livre.
  • Se o problema pede usar Bernoulli entre pontos e um tem superfície livre, lembre que na superfície a pressão é atmosférica — às vezes isso simplifica eliminando termos de pressão.
  • Ao aplicar Manning, cuide das unidades ( n depende do sistema) e de calcular corretamente A e R em função da profundidade.

Resposta

Conduto livre: canal ou tubo em que o fluido não preenche totalmente a seção, existindo uma superfície livre exposta à atmosfera (ou a uma pressão conhecida), de modo que a pressão na superfície é conhecida (tipicamente atmosférica) e o escoamento é influenciado pela gravidade.

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