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13/02/2018 1 Aula 01 e 02 - Hidráulica (CCE0217) Prof. Maxuel Miranda 1º semestre 2018 Quintas-feiras de 19 às 20:40 h Curso de Engenharia Civil �Instruções Gerais �Contextualização da Disciplina �Revisão – Conceitos Físicos Tópicos desta Aula 13/02/2018 2 Ementa da Disciplina � Tópicos de Hidrostática e Hidrodinâmica. � Caracterização de descargas para elevação e abastecimento hídrico. � Estudo de condutos forçados. � Estudo de condutos livres. � Estudo de máquinas elevadoras de água. � Introdução à hidrologia. - INSTRUÇÕES GERAIS - Objetivos Objetivos Gerais: Transmitir ao aluno conhecimentos que envolvem os principais ramos da hidráulica: hidrostática, hidrodinâmica, hidrometria, estudos de condutos forçados e livres, máquinas hidráulicas e noções de hidrologia. Objetivos Específicos: Os objetivos específicos do curso compreendem os seguintes tópicos: Transmitir ao aluno aptidão para a realização de análises criteriosas de problemas que abordem medição de vazões, captação, condução, elevação e distribuição de recursos hídricos ligados à atividade. Transmitir ao aluno informações técnicas, equipamentos e medições hidráulicas para aplicações em Engenharia Civil. - INSTRUÇÕES GERAIS - 13/02/2018 3 Avaliações O processo de avaliação será composto de três etapas: � AV1 - contemplará o conteúdo da disciplina até a sua realização. � AV2 - abrangerá todo o conteúdo da disciplina. �AV3 - abrangerá todo o conteúdo da disciplina. �Atingir resultado > 6,0 (média aritmética entre as avaliações consideradas apenas as duas maiores notas obtidas). �Obter grau igual ou superior a 4,0 em pelo menos duas das três avaliações. �Frequentar no mínimo 75% das aulas ministradas. - INSTRUÇÕES GERAIS - � Houghtalen, R. J., Hwang N H C, Akan, A.O. Engenharia Hidráulica. São Paulo: Pearson, 2012; � BAPTISTA, Marcio, LARA, Marcia. Fundamentos de Engenharia Hidráulica 3 ed, Belo Horizonte: UFMG, 2010; � Azevedo Netto, J. M. et al..Manual de Hidráulica. São Paulo: Edgard Blucher, 1999; � PORTO, R.M. (2006). Hidráulica básica. 4.ed. São Carlos: EESC-USP, 2006. 540p. � COUTO, L. M. M. Elementos da Hidráulica 1 ed, Brasília: UNB, 2012; � McDonald, A.T.-Introdução à Mecânica dos Fluidos: Fundamentos e Aplicações- 6 ed- Rio de Janeiro: LTC, 2006. Bibliografia Básica - INSTRUÇÕES GERAIS - 13/02/2018 4 � Desligar o celular ou colocar em modo silencioso. � Evitar conversas paralelas durante as aulas. � Não é permitido tirar fotos dos slides e nem gravação (áudio das aulas). � Atestados e declarações de quaisquer motivações, exceto as definidas no regimento da Faculdade NÃO ABONAM AS FALTAS, apenas justificam. Portanto, não insista em pedir para excluir suas faltas; � Cumpra fielmente os prazos para entrega das atividades. A entrega fora do prazo (no máximo 24 horas) após acarretará em perda de valor parcial da nota a ser atribuída. � Você tem direito a 25% de faltas em cada disciplina, mas faça uso, se necessário e com moderação. � Lembre-se!!! Estudar é sua responsabilidade. Acordo de Relacionamento - INSTRUÇÕES GERAIS - Aula Data CH Assuntos 1 08/02 2h Apresentação – Hidrodinâmica: Noções e Conceitos de Hidrostática; Aplicações da Hidráulica; Conceitos Físicos (Revisão); Histórico; Propriedades dos Fluidos; Exemplos de Aplicação. 2 15/02 2h Hidrodinâmica: Linhas de corrente e Princípio da continuidade. Equação de Bernoulli e suas aplicações. Experimentos de linha de energia e linha piezométrica. Lista de atividades. 3 22/02 2h Hidrodinâmica: Linhas de corrente e Princípio da continuidade. Equação de Bernoulli e suas aplicações. Experimentos de linha de energia e linha piezométrica. Práticas: Princípio de Stevin e Velocidade de Fluidos. 4 01/03 2h Análise de condutos livres: Análise e caracterização do escoamento em condutos livre. Medição e controle de vazão em condutos livres, como canais, por exemplo. Dimensionamento de canais. 5 08/03 2h Análise de condutos livres: Análise e caracterização do escoamento em condutos livre. Medição e controle de vazão em condutos livres, como canais, por exemplo. Dimensionamento de canais. 6 15/03 2h Análise de condutos livres: Análise e caracterização do escoamento em condutos livre. Medição e controle de vazão em condutos livres, como canais, por exemplo. Dimensionamento de canais. Lista de atividades 01 (1,0) (Em duplas). Entrega na mesma aula. Não haverá substituição desta atividade. Programa Detalhado - INSTRUÇÕES GERAIS - 13/02/2018 5 Aula Data CH Assuntos 7 22/03 2h Análise de condutos forçados: Apresentação dos tipos de escoamentos existentes e suas classificações segundo o critério de Reynnolds. Experimento de Reynolds: fluxo laminar, intermediário e turbulento; Perdas de carga ao longo de um conduto. 8 29/03 2h Análise de condutos forçados: Experimento de perda de carga distribuída e localizada; Medição e controle de vazão em condutos forçados, como sifões e orifícios; Experimento de medição de vazão; Dimensionamento de condutos forçados. Práticas: Vazão Volumétrica e Nº de Reynolds 9 05/04 2h Análise de condutos forçados (continuação). 10 12/04 2h Análise de condutos forçados (continuação). Prática: Perda de Carga 11 19/04 2h Análise de condutos forçados (continuação). Plantão de dúvidas. 12 26/04 2h Avaliação teórica 1 (AV1). Aplicação de prova teórica com todo o conteúdo dado pelo professor das aulas 01 a 11. 13 03/05 2h Máquinas elevadoras de água: Estudo de bombas hidráulicas: apresentação de dados técnicos e características de bombas hidráulicas; Programa Detalhado - INSTRUÇÕES GERAIS - Aula Data CH Assuntos 14 10/05 2h Máquinas elevadoras de água: Estudo da potência de bombas hidráulicas e projeto de alturas manométricas. Experimento de potência de conjunto elevatório; Prática: Bomba Hidráulica 15 17/05 2h Seminário (Projeto Hidráulico): Estruturas e Máquinas Hidráulicas: 1-Barragens: funções, classificações e estabilidade. 2- Bombas Hidráulicas; 3-Vertedouros: livres de lâmina aderente, de canais laterais e em sifão. 4-ETA; 5-ETE; 6- Hidráulica de Poços; 7- 8-Estudo de Microbacia Hidrográfica. 16 24/05 2h Máquinas elevadoras de água: Experimento de altura de elevação e altura manométrica; Apresentação de curvas características de bombas hidráulicas.Experimento de associação de bombas em série e em paralelo. Resolução de Exercícios de aplicação. Plantão de dúvidas. 17 31/05 - Feriado de Corpus Christi. 18 07/06 2h Avaliação 2 (A2). Aplicação de prova (banco de questões) com todo o conteúdo ministrado pelo professor. 19 14/06 2h Correção e Vistas da AV2. 20 21/06 2h Avaliação 3 (A3). Aplicação de prova (banco de questões) de todo o conteúdo dado pelo professor. 21 28/06 2h Correção e Vistas da AV3. Programa Detalhado - INSTRUÇÕES GERAIS - 13/02/2018 6 � A hidráulica é classificada como uma metodologia moderna de transmissão de energia. � A palavra hidráulica nos transmite a idéia de controle de parâmetros e forças por meio de fluidos e suas propriedades. � A palavra hidráulica provém do grego HYDRO que significa ÁGUA e AULOS que significa TUBULAÇÃO. A hidráulica pode ser dividida em três áreas de estudo: � Hidrostática - estudo dos fluidos parados � Hidrocinética - estudo dos fluidos em movimento � Hidrodinâmica - estudo das forças envolvidas no escoamento dos fluidos (forças da gravidade, da pressão, da tensão tangencial, da viscosidade, da compressibilidade e outras - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - 13/02/2018 7 - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - 13/02/2018 8 - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - 13/02/2018 9 - CONTEXTUALIZAÇÃO DA DISCIPLINA - - CONTEXTUALIZAÇÃODA DISCIPLINA - 13/02/2018 10 Conceitos Fundamentais Hidráulica É a ciência que estuda a condução da água ETMOLOGIA Grego Hydros = Água Aulos = Condução Hidráulica É a ciência que estuda a condução da água ETMOLOGIA Grego Hydros = Água Aulos = Condução - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Conceito mais Abrangente • Hidráulica é a área da engenharia que aplica os conceitos de Mecânica dos Fluidos na resolução de problemas ligados à: – CAPTAÇÃO; – ARMAZENAMENTO; – CONTROLE e – USO DA ÁGUA HidráulicaHidráulica Agricultura Energia Indústria Saneamento - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 11 Aspectos Históricos • A Hidráulica esteve presente ao longo de praticamente toda a história da humanidade. • Disponibilidade � variável no tempo e no espaço • Necessidade de compatibilizar � Oferta X Demanda � transportando de locais onde está disponível para locais onde é necessária. - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Aspectos Históricos • Primeiros pensamentos efetivamente científicos relativos à Hidráulica �GREGOS Século III a.C ARQUIMEDES Princípios da Hidrostática e Equilíbrio dos Corpos Flutuantes - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 12 Aspectos Históricos • ROMANOS Postura diferente da dos Gregos.Dão mais enfoque à construção do que à criação intelectual Empreendimentos de Engenharia CONSTRUÇÃO DE DIVERSOS AQUEDUTOS: Em Roma: 11 aquedutos Vazão: 4000 L/s ~ 345 L/hab dia - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Aspectos Históricos • Idade Média • Renascimento (Séc. XVI) – Leonardo da Vince � Escola Italiana: – Conservação da Massa, influência atrito no escoamento, velocidade de propagação das ondas. • Séc. XVII � Contribuições de matemáticos e físicos � Surge a Hidrodinâmica – Newton, Euler, Pascal, Boyle, Leibnitz, Bernoulli Não foram observados grandes avanços para a Engenharia Hidráulica - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 13 Aspectos Históricos • Século XVIII • Séc. XIX • Séc. XX � Mecânica dos Fluidos � Karman, Nikuradse, Moody, Colebrook, etc. Grandes progressos da Hidráulica, com base na experimentação � França e Itália (Pitot, Chézy, Venturi) Hidráulicos Práticos � Introdução dos conceitos de velocidade e turbulência � Reynolds, Hazen e Poiseuille, Bresse, Weisbach e Darcy � PERDA DE CARGA Atualmente com o advento da INFORMÁTICA é possível modelar os escoamentos com os MÉTODOS NUMÉRICOS E COMPUTACIONAIS. - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Divisões da Hidráulica Hidráulica Teórica Hidráulica Aplicada Hidrocinemática Hidrostática Hidrodinâmica Velocidades e trajetórias das partículas Líquidos em repouso Líquidos em movimento e forças envolvidas Hidráulica Urbana Sistema de Abastecimento de Água Sistema de Esgotamento Sanitário Sistema de Drenagem Urbana Hidráulica Rural ou Agrícola Irrigação Drenagem Agrícola Hidráulica Fluvial Rios e Canais Hidráulica Marítima Portos e Obras Marítimas Instalações Prediais, Industriais e Hidrelétricas Meio Ambiente Preservação dos Habitats Aquáticos Dispersão de Poluentes Erosão, entre outros - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 14 Propriedades dos Fluidos • Massa Específica (ou densidade absoluta) • Densidade Relativa • Peso Específico • Pressão • Princípio de Stevin • Viscosidade do Fluido (Newtoniano) • Vazão - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Propriedades dos Fluidos • Massa Específica (ou densidade absoluta) – É a relação entre a massa da porção do fluido e o seu volume – Características: • Varia com a pressão e temperatura Unidades de Massa Específica: – Sistema MKFS (técnico: F,L,T): utm/m3 ou kgf.s2/m4 – Sistema MKS (INTERNACIONAL: L,M,T): kg/m3 – Sistema CGS: g/cm3 – ρágua = 1000kg/m 3 ou 102 kgf.s2/m4 – ρ água = 1,0g/cm 3 - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - ρ = m v 13/02/2018 15 -Exemplo 2: A densidade da glicerina é 1,26 g/cm³. Quanto pesam 4 l de glicerina? Adotar g = 9,81 m/s². (Resp: 49,44 N) 13/02/2018 16 Propriedades dos Fluidos • Peso Específico ( ) – É a relação entre o peso de uma certa porção de fluido e o seu volume. – Unidades: – Unidade de Peso Específico: – Sistema MKFS (técnico): kgf/m3 – Sistema MKS: N/m3 – γágua: 1000kgf/m3 = 10000 N/m3 γ g volume gmassa volume peso ×= × == ργ - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Propriedades dos Fluidos • Densidade Relativa – É a relação entre o peso específico de uma substância e o peso de uma outra tomada como referência. Para os líquidos, a água é o fluido tomado como referência – Características: dr g g s agua s agua s agua = = × × = γ γ ρ ρ ρ ρ dr dr agua Hg : , , = = 1 0 13 6 - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 17 Propriedades dos Fluidos • Pressão: Piezômetros e Manômetros – É a relação entre a força normal que age numa superfície plana e sua área. – Unidade: MKS A FP = 2 11 m NPa = - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 18 - Exemplo 3: Um cubo homogêneo de alumínio com 2 m de aresta está apoiado sobre uma superfície horizontal. Sabendo-se que a densidade do alumínio é 2,7 x 10³ kg/m³ e g = 9,81 m/s², qual a pressão exercida pelo bloco sobre a superfície? (Resp: 5,3 x 104 N/m²) 13/02/2018 19 - Exemplo 4: 13/02/2018 20 • Lei de Stevin – A diferença de pressão entre dois pontos no interior de uma porção de fluido em equilíbrio, é igual ao produto do DESNÍVEL entre eles e seu peso específico. – 1 mca = 0,1 kgf/cm2 = 0,01 MPa Propriedades dos Fluidos 0=∑ YF hPP hdAdAPdAP dAPhdAdAP γ γ γ =− =+− =+−− 12 21 021 - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 21 - Exemplo 5: 13/02/2018 22 - Exemplo 6: Uma prensa hidráulica tem dois êmbolos de áreas iguais a 10 cm² e 80 cm². Calcular a força transmitida ao êmbolo maior, quando se aplica ao menor uma força de 120 N. (Resp: 960 N) 13/02/2018 23 - Exemplo 7: Um cubo de madeira de densidade absoluta 0,2 g/cm³ e aresta 20 cm flutua na água. Determinar a altura da parte imersa do cubo. (Resp: 4 cm) 13/02/2018 24 Propriedades dos Fluidos • Viscosidade Dinâmica : Lei de Newton da Viscosidade – Para um fluido Newtoniano a tensão tangencial é proporcional ao gradiente de velocidades. O fator de proporcionalidade é a viscosidade dinâmica do fluido. – A viscosidade se evidencia com o movimento e é percebida como a resistência ao escoamento Unidades de Viscosidade: Sistema MKFS: kgf.s/m2 Sistema MKS: kg/m.s dy dU A F µτ == 2/ mkgf=τ sy U /1= - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - Propriedades dos Fluidos • Viscosidade Cinemática do Fluido – É a relação entre viscosidade dinâmica do fluido e a massa específica. • Unidades de Viscosidade Cinemática: – Sistema MKS: m2/s ρ µν = - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 25 Propriedades dos Fluidos • Vazão – É a relação entre o volume do líquido que flui por determinada seção transversal na unidade de tempo. • Unidades : Tempo VolumeQ = min ,,,, 33 ml h l dia m s l s m - REVISÃO – CONCEITOS FÍSICOS - 13/02/2018 26 - Exemplos 8 e 9: 13/02/2018 27
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