Problemas de Hidráulica - Vazão e Dimensionamento

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· Pergunta 1
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um canal construído com madeira aplainada conduz água desde um reservatório até o tanque de uma indústria. Ao longo desse percurso a declividade é de 0,006 m/m. O canal foi construído de maneira que sua parte inferior mede 1,30 m. A empresa necessita ter uma idéia técnica sobre alguns dados referentes ao canal.
 
Neste sentido, assinale a alternativa que apresente qual será a vazão quando a altura da água no canal atingir 0,5 m:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
1,81 m 3/s
	Resposta Correta:
	 
1,81 m3/s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. Sua alternativa está correta, pois, para aplicarmos a equação de Manning, precisamos primeiro calcular:
Am = 0,5 x 1,3 = 0,65 m 2
Pm = 0,5 + 1,3 + 0,5 = 2,3 m
Rh = 0,282 m
Com os demais dados fornecidos pelo problema, e sabendo que para paredes de madeira aplanada n = 0,012, temos:
Q = (1/n) Am x Rh 2/3 x I 0,5
Q = (1/0,012) 0,65 x 0,282 2/3
x 0,006 0,5 = 1,81 m 3/s.
	
	
	
· Pergunta 2
1 em 1 pontos
	
	
	
	Devido à razões de ordens práticas, num determinado canal foi instalado um vertedor de forma circular. O diâmetro do vertedor é de 20 cm. Quando a água represada subiu no nível do canal e começou a verter, uma escala ao lado mesmo acusou a marca de 8 cm acima do ponto mais baixo da circunferência.
 
Neste sentido, assinale a alternativa que determine qual a vazão que está ocorrendo:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
5 L/s
	Resposta Correta:
	 
5 L/s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois como o vertedor é circular, utilizaremos a fórmula
Q = 1,518 x D 0,693 x H 1,807
Com os dados fornecidos pelo enunciado ficamos sabendo que o diâmetro do orifício do vertedor é de 20 cm e que a altura de água acima da crista é de 8 cm. Desta maneira, a equação fica:                                                Q = 1,518 x 0,2 0,693 x 0,08 1,807.
Isto dá como resposta Q = 0,005 m 3/s, ou 5 L/s.
	
	
	
· Pergunta 3
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um reservatório deverá ter a forma de um cilindro regular e possui área da base 9 m 2 . Você precisa dimensionar sua altura de maneira que, através de um orifício de 300 mm de diâmetro, na parte de baixa de sua parede, consiga esvaziá-lo em 3 minutos. Considere o coeficiente de descarga, já corrigido, como 0,63.
 
Assinale a alternativa correta:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
3,93 m
 
 
	Resposta Correta:
	 
3,93 m
 
 
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois com os dados fornecidos pelo problema e, considerando que, se o tempo para esvaziar é 180 segundos (3 minutos x 60), então a altura h 2 será zero. Utilizando a fórmula do tempo de esvaziamento, teremos:
Substituindo os valores:
O que resulta em h 1 = 3,89 m.
	
	
	
· Pergunta 4
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um canal tem a forma trapezoidal onde será instalado um vertedor. A velocidade com que a água chega no vertedor Cipolletti instalado é de 3 m/s. Após instalado o vertedor, a água se elevou 0,2 m acima da crista do mesmo, adquirindo a forma mostrada na figura. Considere que a área molhada do canal de acesso pode ser calculada em função da figura.
 
Fonte: o autor.
 
Neste sentido, assinale a alternativa que indique qual a vazão que está trafegando:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
0,41 m 3/s
	Resposta Correta:
	 
0,41 m3/s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois como a velocidade é alta e como a área molhada do canal (área do trapézio = (4+3)/2*2 é maior do que seis vezes a área de escoamento do vertedor (0,2 * 4), utiliza-se a fórmula de Francis para velocidades altas:
Que dá como resposta Q = 0,42 m 3/s.
	
	
	
· Pergunta 5
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um canal circular, de diâmetro 1,5 m deverá permitir o tráfego de água com uma medida de vazão de 7 m 3 /s de água. O canal será construído de um material que resulta em um coeficiente de Manning de 0,012. Considere a importância que deve ter para o perfeito atendimento das condições hidráulicas, a declividade ideal.
 
Neste sentido, assinale a alternativa que indique a declividade para que o canal, atendendo os preceitos de máxima eficiência, atinja os objetivos programados:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
0,089 m/m
	Resposta Correta:
	 
0,089 m/m
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois, para encontrarmos a declividade, utilizaremos a equação geral de Manning para canais Q = (1/n) Am. R h 2/3.I 0,5
Lembrando que para canal circular de máxima eficiência h = 0,95 D = 0,95 x 1,5 = 1,425 m, primeiro vamos descobrir o ângulo  Com o ângulo definido podemos calcular:
Am = 0,125.D 2 ( = 0,125 x 1,5 2 (5,38 - sen 154 o)=1,39 m 2
Pm = 0,5 x D x  = 0,5 x 1,5 x 5,38 = 4,035 m
Rh = Am / Pm = 1,39 / 4,035 = 0,344 m
Agora, usando Manning:        7 = (1/0,012) x 1,39 x 0,344 3/2 x I 0,5
O que resulta em I = 0,0897 m/m.
	
	
	
· Pergunta 6
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um reservatório possui seu nível d'água 3 m acima do centro de um orifício circular de 0,5 m de diâmetro. O orifício, por razões estratégicas, foi construído 10 cm acima do fundo do reservatório. Trata-se de uma estrutura com a finalidade de fornecer água por gravidade, para um bairro situado mais abaixo na topografia da cidade.
 
Assinale a alternativa que indique a vazão que será disponibilizada:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
0,92 m 3/s
	Resposta Correta:
	 
0,92 m3/s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois, com as medidas fornecidas se constata que é um orifício de grandes dimensões, pois 0,5 > 1/10 de 3 m. Então utiliza-se a fórmula
 
Com o detalhe que h 2
é a altura de água acima do ponto inferior do orifício, ou seja 3,0 m + (0,5 m / 2) = 3,25 m e que h 1 é a altura d'água acima do ponto superior do orifício, ou seja 3,0 m- (0,5 m / 2) = 2,75 m. Lembrando que, pelo enunciado o jato não tem contração incompleta, com os demais dados a resposta fica:
Isto resulta Q = 0,918 m 3/s.
	
	
	
· Pergunta 7
1 em 1 pontos
	
	
	
	Um canal retangular de concreto com alisamento deverá ser construído para condução de água. A largura do fundo está prevista para medir 3 m e declividade longitudinal 0,0005 m/m. Deseja-se que este canal tenha máxima eficiência. Você, como engenheiro, é chamado para dar seu parecer sobre alguns detalhes técnicos.
 
Neste sentido, assinale a alternativa que indique a vazão que irá fluir pelo canal:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
6,9 m 3/s
	Resposta Correta:
	 
6,9 m3/s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois, considerando que o canal deverá ser de máxima eficiência, a altura de água no mesmo deverá ser a metade da medida da largura do canal, portanto h = 1,5 m. Sendo retangular, a área molhada será A m = 3 x 1,5 = 4,5 m 2. O perímetro molhado será P m = 1,5 +3 + 1,5 = 6 m. Por sua vez, o raio hidráulico será R h = A m / P m
= 4,5 / 6 = 0,75 m. Agora, juntamente com a declividade fornecida no enunciado, I = 0,0005 m/m, já dispomos de todos os parâmetros para o cálculo da vazão, usando a fórmula de Manning, só lembrando que, para canal de concreto com acabamento n = 0,012.
Q = (1/n) A m . R h 2/3
. I 0,5
Q = (1/0,012) 4,5 x 0,75 2/3
x 0,005 0,5 = 6,9 m 3/s.
	
	
	
· Pergunta 8
1 em 1 pontos
	
	
	
	No projeto de determinado reservatório, de formato cilíndrico, deseja-se saber seu tempo de esvaziamento. Para tanto são conhecidas a altura do reservatório e o diâmetro do orifício, de 0,15 m. Considere um coeficiente de descarga corrigido de 0,62.  O reservatório possui altura 5 m e área da base de 7,065 m 2 .
 
Neste sentido, assinale a alternativa que calcule o tempo para esvaziar:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
640 s
	Resposta Correta:
	 
640 s
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois considerando que o tempo consultado é para se esvaziar o reservatório, h 2 = 0. Com os demais dados fornecidos pelo enunciado colocados na fórmula, teremos
O que dá como resultado um tempo de esvaziamento de 640 segundos.· Pergunta 9
1 em 1 pontos
	
	
	
	Devido a necessidades construtivas que indicavam este formato, será escavado um canal  trapezoidal. Os dados geométricos constam da figura abaixo. Estima-se que a altura de água que será atingida quando o mesmo entrar em funcionamento , será de 2 m. O canal será no formato regular, com talude de 1:4.
 
Fonte: o autor.
 
Neste sentido, calcule o raio hidráulico, e assinale a alternativa correta:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
7 m
	Resposta Correta:
	 
7 m
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois como primeira etapa para chegarmos no raio hidráulico precisamos calcular o valor da tangente do ângulo inferior do talude. Mas, como é informado que o talude é de 1:4 isso nos indica que a tangente do ângulo procurado é 4 o que nos permite calcular os valores de x 1 = x 2 = h / 4 = 2 / 4 = 0,5. Agora podemos utilizar a fórmula para cálculo da área molhada:
A m = b x h + 0,5 h (x 1
+ x 2)
A m = 3 x 2 + (0,5 + 0,5) = 7 m
 
	
	
	
· Pergunta 10
1 em 1 pontos
	
	
	
	Os canais são obras de engenharia que permitem ao homem conduzir a água por caminhos pré-especificados. No entanto, alguns cuidados são necessários, como por exemplo, conhecer o desempenho de um possível ressalto hidráulico que venha a ocorrer a jusante de determinado obstáculo. Utilize como referência a tabela abaixo.
 
	Froude
	Descrição do ressalto hidráulico
	Dissipação
	Fr < 1,0
	Impossível, porque viola a 2a lei da termodinâmica
	 
	1,0 < Fr < 1,7
	Ressalto ondulante , ou com ondas estacionárias, de comprimento em torno de 4h 2
	menos de 5%
	1,7 < Fr < 2,5
	Ressalto fraco; Elevação suave da superfície com pequenos redemoinhos;
	de 5% a 15%
	2,5 < Fr < 4,5
	Ressalto oscilante ; instável; cada pulsação irregular cria uma grande onda que pode viajar a jusante por quilômetros, danificando margens, aterros e outras estruturas. Não recomendado para condições de projeto.
	de 15% a 45%
	4,5 < Fr < 9,0
	Ressalto permanente ;  estável, bem balanceado; é o de melhor desempenho e ação, insensível às condições a jusante. Melhor faixa de projeto.
	de 45% a 70%
	Tabela 1: Classificação dos ressaltos segundo o número de Froude Fonte: White (2011, p. 726), adaptado pelo autor
 
Neste sentido, assinale a alternativa que indique se haverá, e em caso positivo, qual o tipo de ressalto que ocorrerá se, antes do obstáculo a água se deslocar com velocidade de 8 m/s e altura 0,26 m:
	
	
	
	
		Resposta Selecionada:
	 
ressalto permanente
 
 
	Resposta Correta:
	 
ressalto permanente
 
 
	Comentário da resposta:
	Resposta correta. A alternativa está correta, pois o requisito básico para se definir se haverá ressalto num canal, é o número de Freud. Este é calculado em função da velocidade e da altura de montante, conforme a seguinte equação:
Com os dados fornecidos temos: 
Para Fr =5, consultando a tabela fornecida no enunciado, temos que se trata de um ressalto permanente.