A condução de fluidos em canais abertos gera alguns princípios energéticos, assim, dentro desta perspectiva ocorre o estudo das seguintes energias: energia cinética, energia de pressão e energia potencial.

Para a realização do estudo é necessário o conhecimento teórico das definições de tais energias, assim o professor deve iniciar a aula relembrando alguns princípios de hidráulica de canais, tais como: as características geométricas dos canais (trapezoidais, circulares, triangulares, retangulares), a vazão, a profundidade, a velocidade, rugosidade das paredes do conduto e outras. Posteriormente, o docente explanará sobre os princípios das energias relatadas inicialmente.

Após a explanação, o professor deverá focar no regime crítico, assunto referencial desta aula, tal regime é descrito de acordo com a energia específica, que é definida como a energia por unidade de peso relativa ao leito do canal, em termos de vazão nada mais é que é a vazão por unidade de largura do canal. Assim, em regimes críticos temos escoamentos não uniformes, onde a energia específica ao longo do canal pode aumentar ou diminuir de acordo com a seção do canal. Com isso, temos o regime ou profundidade crítica que ocorre quando a energia específica for mínima, ou seja, quando uma dada vazão for alta e a largura do canal for inferior para suportá-la. A caráter crítico da situação poderá ser medido através do número de Froude, cujo poderá ser classificado em esoamento crítico, escoamento supercrítico (rápido) e escoamento subcrítico (tranqüilo).

Após a explanação teórica, torna-se interessante o desenvolvimento de exercícios que simulem as características de tais canais e posteriormente a utilização do computador como uma ferramenta de complementação ao estudo, com a utilização de um software que calcula a profundidade ou vazão de um fluido num conduto sob as condições relatadas na aula, a partir da inserção de alguns dados requeridos.

Necessita-se exercitar o conhecimento dos alunos sobre aspectos da Hidráulica de canais, tais como os tipos de escoamentos existentes (uniforme, variado, brusco), e equações para o cálculo da profundidade, da declividade, da velocidade de um conduto.

Na sala de aula a apresentação do tema ficará a critério do professor, mas como sugestão o professor poderá fazer o uso de uma mídia digital para a demonstração de slides com o referido tema a fim de proporcionar uma aula mais interativa e produtiva.

Após a aula teórica e antes de iniciar a atividade com o auxílio do computador, recomenda-se incentivar o trabalho em dupla e encaminhar os alunos ao laboratório de informática.

No laboratório de informática, apresente o software que será capaz de complementar o ensino proposto sobre o cálculo da profundidade e vazão de um dado canal nas condições de regime crítico a partir de uma abordagem técnica e prática. Trata-se do software Hidrowin 2.0, que faz o cálculo destas variáveis a partir da inserção de dados requeridos de acordo com o que estiver sendo trabalhado.

Link do aplicativo:

http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/11254

Sugere-se como gestão da aula o uso da Sequência Fedathi nos seguintes momentos:

1. Tomada de posição:

O professor, ao chegar à sala do laboratório de Informática, deve solicitar aos alunos que se organizem em duplas e que cada um utilize um computador.

Em seguida, o professor deve iniciar o uso do computador, apresentado o aplicativo já instalado previamente nos aparelhos, por meio de uma mídia digital (projetor de imagens tipo LCD) e com o acompanhamento dos alunos aos passos desenvolvidos pelo professor em seus respectivos computadores. Em meio aos dados expostos, eles deverão alimentar o software e alcançar as informações pedidas.

Assim, diante dos esclarecimentos, disponibilize alguns questionamentos, tais como o problema dado abaixo.

“Um canal trapezoidal com largura da base igual a 4,00 m e inclinação do talude z = 1,5 conduz uma vazão de 50 m³/s em uma profundidade de 3,00 m. Determine:

1. A profundidade crítica;

2. A energia específica.

2 - Maturação:

Nesta etapa os alunos em suas respectivas duplas trabalharão em cima da resolução da problemática. Ou seja, eles introduzirão no programa computacional os dados de entrada e obterão os dados de saída. Enquanto isso, o professor avaliará o andamento das atividades dos alunos verificando eventuais dificuldades.

3 - Solução:

Nesta ocasião o professor questionará aos alunos sobre os resultados alcançados. Verificando se houveram dificuldades na manipulação dos dados e se os resultados obtidos estão condizentes ou próximos aos corretos. Assim, o professor questionará a turma a respeito dos resultados alcançados sobre os cálculos dos parâmetros hidráulicos requeridos.

4 - Prova:

Neste momento, o professor deverá apresentar as prováveis soluções do problema para todos os alunos, assim como poderá fazer comentários acerca da importância do conhecimento de softwares aplicados a este assunto, uma vez que facilita a operacionalização de um sistema real, visto que os graduandos poderão estar utilizando meios similares em seus respectivos trabalhos.

O referido software também poderá ser encontrado no endereço eletrônico: http://www.ehr.ufmg.br/downloads.php 

Leitura complementar sobre a metodologia de ensino : Sequência Fedathi

A avaliação deverá ocorrer durante a aula, observando a qualidade da participação dos alunos nas discussões e nas atividades propostas sobre o referido assunto.