AULA_01__Introduo_e_aplicaes_da_Hidrulica

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AULA 01 – Introdução e aplicações da Hidráulica
Disciplina: Hidráulica
Professor: Ricardo Augusto dos Santos Horta
Apresentação pessoal
Doutorando em Ciência e Tecnologia das Radiações, Materiais e Minerais. CDTN/CNEN, Belo Horizonte, Brasil.
Mestre em Engenharia Civil. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET/MG, Belo Horizonte, Brasil.
Graduação em Engenharia de Produção Civil. Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, CEFET/MG, Belo Horizonte, Brasil.
Introdução
Disciplina: Hidráulica
Carga horária: 60 horas aulas (qua 21h15 – 22h55)
Créditos: 4
Modalidade: ERE (pode mudar)
Plataforma Microsoft Teams
Exercícios e dúvidas: ricardo.horta@cefetmg.br
Sistema de Avaliação
1ª Avaliação – 30 pts
2ª Avaliação – 30 pts
Exercícios – 30 pts
Relatório (Palestra) – 10pts
Bibliografia
	Bibliografia Básica	
	1	AZEVEDO NETTO, J. M.; ALVAREZ, G. A. Manual de hidráulica. 7. ed. São Paulo:
Edgard Blucher, 1982.
	2	BAPTISTA, M.; LARA, M. Fundamentos de engenharia hidráulica. Belo Horizonte: Ed.
UFMG, 2002.
	3	BASTOS, F. A. A. Problemas de mecânica dos fluidos. Rio de Janeiro: Guanabara,
1987.
	Bibliografia Complementar	
	1	CHADWICK, A. J.; MORFETT, J. Hydraulics in civil engineering. 3rd ed. London:
Harper Collins Academic, 1991.
	2	FEATHERSTONE, R. E.; NALLURI, C. Civil engineering hydraulics. 3rd ed. Oxford:
Blackwell Science, 1995.
	3	PORTO, R. M. Hidráulica básica. 3. ed. São Carlos: EESC/USP, 2004.
	4	QUINTELA, A. C. Hidráulica. 3. ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1981.
	5	SILVESTRE, P. Hidráulica geral. Rio de Janeiro: LTC, 1979.
	CRONOGRAMA			
	Data	Descrição da Atividade	Síncrona	Assíncrona
	20/10/2021	Conceitos básicos: Introdução e aplicações da hidráulica	X	 
	27/10/2021	Escoamento em condutos livres	X	 
	03/11/2021			
	10/11/2021	Escoamento em condutos forçados	x	 
	17/11/2021			
	24/11/2021			
	01/12/2021	Lista de Exercícios 1	 	X
	08/12/2021	Feriado 	 	 
	15/12/2021	1ª Avaliação	X	 
	22/12/2021	Sistemas hidráulicos de tubulações	X	 
	05/01/2022			
	12/01/2022			
	19/01/2022	Sistemas elevatórios	X	 
	26/01/2022			
	02/02/2022	Lista de Exercícios 2		X
	09/02/2022	2ª Avaliação	X	 
Aplicações da Hidráulica
Dimensionamento de instalações hidráulicas e sanitárias prediais:
Controle do fluxo de água (v<3m/s);
Cálculo da perda de carga em tubulações;
Dimensionamento de condutores verticais e horizontais;
Volume de reservatórios;
Pressão disponível nos pontos de alimentação (água fria e água quente);
Instalações de escoamento pluvial;
Ramais de descarga e esgoto.
Aplicações da Hidráulica
Dimensionamento de sistemas de tratamento e distribuição de água (adutoras)
Aplicações da Hidráulica
Dimensionamento de sistemas de coleta e tratamento de esgoto
Aplicações da Hidráulica
Cálculo de escoamentos em canais de superfície livre
Aplicações da Hidráulica
Drenagem urbana
Aplicações da Hidráulica
Drenagem de rodovias
Aplicações da Hidráulica
Transporte de fluidos na indústria
Aplicações da Hidráulica
Gasodutos
Aplicações da Hidráulica
Minerodutos (transporte de minério de ferro na forma de polpa)
400 km de extensão;
Liga o Complexo de Germano (Mariana, MG) ao Complexo de Ubu (Anchieta, ES), atravessando 25 municípios de Minas Gerais e Espírito Santo;
As duas estações de bombas, na unidade de Germano e em Matipó (MG), têm a função de fornecer energia e impulsionar o deslocamento da polpa;
Por sua vez, as duas estações de válvulas, em Guaçuí e Alegre (ES), regulam a pressão para garantir a segurança durante o percurso.
Aplicações da Hidráulica
Transporte de óleo (indústria petroquímica)
Aplicações da Hidráulica
Dimensionamento de sistemas de escoamento em barragens hidrelétricas
Aplicações da Hidráulica
Dimensionamento de sistemas de escoamento em barragens hidrelétricas
Aplicações da Hidráulica
Itaipu
Aplicações da Hidráulica
Hidrelétrica de Itaipu (Foz do Iguaçu, PR)
Aplicações da Hidráulica
Hidrelétrica de Itaipu (Foz do Iguaçu, PR)
Conceitos básicos
Hidráulica: Ciência que estuda as características físicas de fluidos líquidos em repouso (hidroestática) ou em movimento (hidrodinâmica).
Tipos de escoamento:
Laminar: Partículas movem-se em trajetórias bem definidas, em lâminas ou camadas. Em geral, ocorre para fluidos muito viscosos ou em baixas velocidades.
Turbulento: Partículas movem-se em trajetórias irregulares, com movimento aleatório. Situação mais comum nos problemas práticos de engenharia. Fluidos viscosos ou em altas velocidades.
Conceitos básicos
Número de Reynolds:  Re = ρvD / μ
ρ : densidade do líquido (kg/m3);	 D: diâmetro interno da tubulação(m);
v: velocidade do fluido (m/s);	 μ: viscosidade dinâmica (Pa.s)
Re: adimensional
Re<2300: escoamento laminar
2300<Re<2400: regime de transição
Re>2400: escoamento tubulento
Conceitos básicos
Conceitos básicos
Regimes de escoamento:
Livre: Qualquer que seja a seção transversal, o líquido está sempre em contato com a atmosfera (superfície livre). Sujeito exclusivamente à ação da gravidade. Ex: córregos, rios, canais.
Sob pressão ou forçado: Conduto fechado, sem contato com meio externo. A pressão exercida pelo líquido sobre a parede da tubulação é diferente da atmosférica. Ocorre pela ação da gravidade ou através de bombeamento. Ex: interior das tubulações.
Conceitos básicos
Regimes de escoamento:
Conduto livre:
Escoamento em superfícies
Cálculo de escoamentos em canais de superfície livre
Cálculo de escoamentos em canais de superfície livre
Cálculo de escoamentos em canais de superfície livre
Cálculo da vazão em condutos livres
Q: vazão (m3/s )
A: área molhada (m2)
R ou Rh: raio hidráulico (m)
I: declividade média do canal (m/m)
V: velocidade média do fluido (m/s)
n: coeficiente de rugosidade das paredes do canal
Eq. de Manning
Conceitos básicos
Regimes de escoamento:
Sob pressão ou forçado:
Tubulação de sucção
Tubulação de recalque
VR: válv. de retenção
RG: registro gaveta
Conceitos básicos
Escoamento sob pressão ou forçado:
Estação elevatória
Conceitos básicos
Conceitos básicos
Eq. de continuidade e Equação de energia (Equação de Bernoulli)
Líquidos ideais:
Fluido incompressível (densidade sempre permanece constante com o tempo);
Não viscoso (não apresenta resistência ao escoamento);
Escoamento estacionário (pressão e velocidades são sempre as mesmas em um determinado ponto de escoamento do líquido).
Equação de continuidade
fluxo ou vazão: Ø = (m3/s ou L/s) 
ØA =  ØB
 = 
V = A*x
 =, mas v = d/
Aa*va = Ab*vb= constante
S1v1 = S2*v2 = constante
Conceitos básicos
Equação de pressão (Equação de Bernoulli)
P1 ρgh1 P2 ρgh2 constante 
P1 – pressão inicial (N/m2)
ρgh1 – carga de pressão devido à energia potencial (N/m2)
– carga de pressão devido à energia cinética (N/m2)
Conceitos básicos
Equação de carga (Equação de Bernoulli): Convertendo a equação da unidade de pressão (N/m2) para carga vertical (m)
P1 ρgh ) dividido pelo peso específico do líquido (), tem como resultado:
 s/m3)= ρ (/m3). g (m/s2)
 
 (m)
ÁGUA = 1000kg/m3 ou 1g /cm3
ÁGUA = 10.000N/m2 ou 1g /cm3
Conceitos básicos
Equação de carga (Equação de Bernoulli)
 ΔH12
 (m) – energia ou carga de pressão
 (m) – carga de posição (energia potencial de posição em relação a um plano horizontal de referência)
 (m) – energia ou carga cinética
ΔH (m) – perda de carga ou perda de energia (na forma de calor e atrito com a tubulação)
Pressão estática
Pressão dinâmica
Questão 1
Determinar a velocidade de saída no ponto 2, a partir da eq. De Bernoulli
P1 ρgh1 P2 ρgh2 
P1 = P2 = Patm
ρgh1 = 
V2 = (2gh1)
V2 = (2. 9,8. 10)
V2 = /s
Dados:
h1 = 10m
g = 9,8m/s2
0
0
Conceitos básicos
Linha piezométrica: Linha imaginária que representa apenas as parcelas estáticas da carga ( Z). Fica acima do condutode uma distância igual à pressão existente, e é expressa em altura do líquido. É chamada também de gradiente hidráulico.
Linha de energia: Linha imaginária que representa a energia total do fluido em um duto ou canal aberto ().
	Obs: para fluidos em escoamento livre (canal aberto), a linha 		piezométrica sempre coincide com a superfície do fluido.
Conceitos básicos
1- À medida que a velocidade do fluxo diminui, as linhas de energia e piezométrica se aproximam;
2- As linhas se direcionam para baixo na direção do fluxo devido à perda de carga;
3- Mudanças bruscas (curvas acentuadas, alargamento, redução) causam descidas bruscas nas duas linhas;
4- Uma bomba causa um aumento brusco nas duas linhas, uma turbina tem o efeito contrário.
Perda de carga
Fórmulas para cálculo da perda de carga:
Eq. de Bernoulli;
Fórmula Universal (Equação de Darcy-Weisbach);
Fórmula de Hazen-Williams;
Fórmula de Fair-Whipple-Hsiao
Definição: Perda de pressão e energia na tubulação devido à colisão das partículas do líquido entre si e com as paredes do tubo.
Obrigado!
Dúvidas: ricardo.horta@cefetmg.br