HIDRÁULICA GERAL

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HIDRÁULICA GERAL 
Assunto 1
1 -  Um conduto cilíndrico interliga dois tanques de cerveja artesanal a uma velocidade constante e com diferença de 10 metros entre suas cotas. O fluido dentro dos tanques é mantido a uma pressão de 101.325 Pa e ocupa 95% da área do conduto quando transportado. Defina que tipo de escoamento ocorre nesse conduto e quais são os principais parâmetros que devem ser levados em consideração em seu cálculo de dimensionamento ou verificação.
R: Ocorre escoamento à superfície livre, pois 101.325 Pa é o valor médio da pressão atmosférica, além disso o conduto não está completamente preenchido pelo fluido. Os principais parâmetros para cálculo do conduto são a vazão que se deseja escoar e a diferença de cota entre os tanques
2 - Para um conduto cilíndrico de raio R, calcular a área molhada, o perímetro molhado e o raio hidráulico em duas situações: ( conduto completamente cheio de água e (2) conduto 50% preenchido. Identificar o escoamento que ocorre em cada uma das situações e qual escoamento é mais influenciado pelas paredes do contorno sólido.
R: 
A1 = πR2; PM1 = 2πR, RH1 = R/2, escoamento em conduto forçado
A2 = (πR2)/2; PM2 = πR, RH2 = R/2, escoamento à superfície lívre.
3 - O tanque tem uma entrada e uma saída de água. Determine a altura H do tanque em função da área A, velocidade de entrada V1 em um bocal com diâmetro d1 e velocidade de saída V2 em um bocal com diâmetro d2, após um intervalo de tempo t, sendo que o tanque se encontrava vazio. Determine também o tempo de enchimento do tanque conforme os dados:
H = 10m; A = 2,5m2 V1 = 0,7m/s; d1 = 20cm; V2 = 3m/s; d2 =15 cm.
R: H = (V2d22 – V1d12)tπ/4A 806 segundos.
4 - De uma grande barragem, parte uma canalização de 250mm de diâmetro, de onde a água passa para a atmosfera sob a forma de jato. A vazão deste jato é 360L/s. Calcular a velocidade Vj do jato e a altura (H) na barragem. Considere que não há perda de energia no processo e que a velocidade de decaimento do nível da barragem é nula.
R: Vj = 7,33m/s e H =2,74m.
5 - Uma tubulação vertical de 200mm de diâmetro apresenta, em um pequeno trecho, uma seção contraída de 100mm, onde a pressão é de 1 atm. A 4 metros acima desse ponto, a pressão eleva-se para 18mca. Calcular a velocidade e a vazão no trecho de diâmetro 200mm. Considerar escoamento permanente e sem perda de energia.
R: V = 3,91m/s e Q = 0,12m3/s.
ASSUNTO 2
1 - Qual opção define melhor a diferença entre escoamento laminar e turbulento?
R: O escoamento turbulento é errático, com a velocidade das partículas variando até 20% da velocidade média e se movimentando tridimensionalmente de forma sobreposta ao fluxo da corrente, ao passo que o escoamento laminar se desenvolve em uma trajetória bem definida
2 - Qual é a faixa de classificação do escoamento por meio do número de Reynolds?
R: Existem faixas de trabalho, no entorno de 2.100, o escoamento tende a ser laminar quanto menor for o R. A partir de 4.500, o escoamento tende a ser turbulento, quanto maior for o R, mas essa medida não é absoluta, outros fatores externos também influenciam no regime do escoamento.
3 - Qual é o nº de Reynolds de um fluido com as seguintes características, o escoamento tende a ser laminar ou turbulento? Diâmetro = 75 cm; Velocidade = 1,5 m/s; Viscosidade cinemática = 1,61 X 10-4 m²/s Massa específica = 1.000 kg/m³.
R: 7 X 103 Escoamento turbulento.
4 - Para o escoamento de água a 20°C a 0,06 m³/h por um tubo liso e reto, o diâmetro do tubo para o qual ocorre a troca de escoamento laminar para escoamento em transição para turbulência é de aproximadamente quantos centímetros?
R: 1 cm.
5 - Qual é a diferença entre um escoamento sobre uma placa plana e um escoamento confinado a um conduto no que tange à camada-limite?
R: . 
Em uma placa plana, a camada-limite se desenvolve a partir da parede, onde a velocidade é zero, junto ao contorno sólido, até a chegar em uma condição de fluido ideal em que a velocidade é constante, a influência da viscosidade se dá apenas dentro da camada-limite.
Em um escoamento confinado as camadas-limites se desenvolvem até se fundirem e todo o escoamento dentro do conduto fica sob efeito da viscosidade, com a velocidade sendo zero junto as paredes do conduto e máxima no centro do escoamento
ASSUNTO 3
1 - Água a 20 ºC escoa por um tubo inclinado de 8 cm de diâmetro. Nas seções A e B, são obtidos os seguintes dados: PA = 186 kPa, VA = 3,2 m/s, ZA = 24,5 m, PB = 260 kPa, QB = 0,016 m³/s e ZB = 9,1 m. Qual é o sentido do escoamento? Qual é a perda de carga em metros?
R: 
Sai de A para B, Hp = 7,86m
Resolução:
Diâmetro A = Diâmetro B
Logo vA = vB
Hp = ?
P1 = P2 + ΔP
HA = ZA + PA/Υh2O +vA^2/(2.10)
HA = 24,5 +186000/9810 + 3,2/(2.9,8) = 43,98 m
HB = 9,1 + 260000/9810 + 3,2/(2.9,8) = 36,12 m
Hp = HA – HB = 43,98 – 36,12 = 7,86m
HA > HB, logo o Sentido é de A por ser maior energia p/B
2 - Considere as seguintes informações sobre um conduto de ferro fundido: o fluido que nele escoa está em regime turbulento rugoso, o conduto possui um raio de 0,25 metros e o fator f se alterou de 0,01665 para 0,02476 ao longo de 20 anos. Qual é coeficiente de envelhecimento desse conduto?
R: 0,000063 m/ano
3 - Quanto ao fator de perda de carga f pode-se dizer que as afirmações a seguir:
I) O escoamento laminar tem o gradiente de pressão ao longo do comprimento do escoamento quando o Número de Reynolds é menor que 4100.
II) O escoamento turbulento liso, o escoamento é turbulento e o conduto é hidraulicamente liso e afeta diretamente o valor do fator f. Aonde:
��=−2,035log(��)+1,679
III) O fator f por Colebrook-White, combinam duas equações abarcando o turbulento vindo do laminar e a transição entre turbulento liso e rugoso é representado por:
1�=2,0log(�3,706�+2,51��)
Pode-se dizer que:
R: Somente III está correta
4 - Os condutos são projetados para durar, em média, 50 anos. A rugosidade de um conduto varia ao longo do tempo. Com o passar dos anos, diversos materiais se incrustam nos condutos, ou ocorre a corrosão de suas paredes, alterando o valor da sua rugosidade. Observando o material, pode-se colocar na ordem correta do que tem mais rugosidade e menos rugosidade​​​​​​​:
R: Madeira aduela; ferro galvanizado novo; aço chapa metálica nova; borracha alisada; aço inoxidável novo
5 - A interação entre a rugosidade e a camada-limite é fundamental para a compreensão de como a perda de carga se dá em diferentes condutos. Segundo a figura, pode-se afirmar que:
I. Regiões próximos a parede no escoamento turbulento são: subcamada viscosa, camada externa e camada intermediária ou de superposição.
II. A zona do perfil de velocidades governada pela lei logarítmica é denominada zona inercial.
III. Se a rugosidade for maior do que a subcamada viscosa, o escoamento é definido como hidraulicamente liso.
R: I e II estão corretas
ASSUNTO 4
1 - Qual a perda de carga singular em um conduto de 100 m, diâmetro de 100 mm, com um fluido escoando a 2 m/s, apresentando as seguintes singularidades rosqueadas na tubulação: válvula globo totalmente aberta e cotovelo de 45º com raio normal?
R:  1, 22 m.
2 - O que acontece com a perda de carga singular do escoamento anteriormente mencionado se a viscosidade do fluido que escoa aumentar em 20% e se a válvula globo for totalmente fechada?
R: A perda de carga singular depende apenas de fatores geométricos das singularidades, logo qualquer mudança na viscosidade do fluido afetará apenas a perda de carga linear.
O fechamento completo da válvula globo estanca o escoamento, o que significa que ela ficará em repouso, assim, seu Ks tende ao infinito, gerando uma perda de carga tão grande que simplesmente para o escoamento
3 - Qual o comprimento equivalente das perdas de cargas singulares da tubulação anteriormente citada, considerando que o tubo perde linearmente 0,135 m de carga por metros de tubulação?
R: 9 m.
4 - Qual o erro relativo da perda de carga linear em comparação com a perda de carga total?
R: 8,28%.
5 - Qual o valor do fator de atrito f na tubulação anteriormente citada? Qual valor do somatório deKs tornaria a perda de carga singular idêntica à perda de carga linear?
R: 0,066 e 66,2
ASSUNTO 5
1 - O primeiro passo para você entender uma rede de distribuição de água (RDA) é conhecer as duas formas nas quais diferentes condutos podem se associar: em série ou em paralelo. Quanto aos condutos em série e paralelo pode-se dizer que as afirmações a seguir:
I) Para manter a vazão constante, a velocidade do escoamento se altera, sendo inversamente proporcional à área. Assim, se a área da seção transversal aumenta, a velocidade diminui, e vice-versa.
II) O que você precisa saber em uma associação de condutos em paralelo é que existe uma perda de carga entre A e B, ou seja, o início e final de um segmento. Essa perda de carga é constante, independentemente do trecho pelo qual o escoamento flui.
III) Quando em paralelo, a vazão que parte do nó A se divide em função das características da tubulação e do escoamento, como diâmetro, rugosidade e velocidade, quando chega em B, houve alteração nesta vazão a variação da velocidade diferenciada em cada um dos caminhos ao qual fora dividida.
Pode-se dizer que:
R: I e II estão corretas
2 - A pergunta essencial que você tem de responder para dimensionar uma rede de abastecimento é: quantos litros de água você precisa distribuir para essa população? Quanto às redes de abastecimento podemos afirmar que
R: Pode-se obter o diâmetro mínimo da tubulação, dos condutos, ajudando a dimensionar as redes de distribuição em função das velocidades máximas e vazões máximas conforme normas técnicas
3 - Qual a vazão em marcha e específica para uma cidade com 250.000 habitantes, área de 1.250 ha e consumo per capta de 275 L/hab.dia? Considere que existem 12 km de rede instalados.
R: qm = 0,12 L/s.m e qd = 1,15 L/s.ha.
4 - Qual a vazão necessária na tubulação que sai do reservatório em uma rede ramificada para um loteamento com a seguinte configuração, considerando que cada habitante consome 400 L/dia?
R: 8,67 L/s.
5 - Qual o número de habitantes se deve atingir para que um bloco populacional que hoje é atendido pela tubulação de 150 mm de diâmetro, e cada habitante consome em média 300 L/dia, tendo uma vazão no sistema de 6,5 L/s, ao qual ainda consegue atender bem atualmente? Busque consultar a tabela da norma ABNT que indica a vazão máxima para cada diâmetro de tubulação
R: 2256 habitantes
ASSUNTO 6
1 - Quando a carga hidráulica que entra em uma máquina hidráulica é maior se comparada com a carga que sai, estamos tratando de qual equipamento? Justifique.
R: Trata-se de uma turbina, pois a turbina converte uma parte da carga hidráulica que entra em energia mecânica, logo o escoamento fica defasado dessa energia que foi convertida, portanto a carga que sai é menor do que a que entra
2 - Qual é o conceito de curva de estrangulação
R: A curva de estrangulação aponta a variação da energia cedida ao sistema pela bomba, vinculando uma altura de carga hidráulica fornecida em função da vazão que passa pela bomba, sendo que a carga hidráulica decresce com o aumento da vazão.
3. Uma moto-bomba centrífuga, com sucção não afogada, apresenta cavitação. Consultado, o fabricante garantiu que o NPSH requerido para as condições da instalação em questão não ultrapassa 4,2 m. As condições são as seguintes:
• A pressão atmosférica local é 103 325 Pa
• A pressão de vapor da água é de 0,25 mca
• As perdas de carga na aspiração, para a vazão de operação, totalizam 2,5 m
• As perdas de carga no recalque, para a vazão de operação, totalizam 3,7 m
• O peso específico da água é de 9.806 N/m²
Para eliminar a cavitação, com uma folga de segurança de 25% no NPSH, a altura de sucção deve ser:
R:  2,54 m.
4 - Qual é o conceito de curva de canalização?
R: A curva da canalização aponta a variação da energia necessária ao sistema, vinculando uma altura de carga hidráulica requerida em função da vazão que passa pela canalização do sistema.
R: A curva da canalização aponta a variação da energia necessária ao sistema, vinculando uma altura de carga hidráulica requerida em função da vazão que passa pela canalização do sistema.
5 - Qual é o conceito de ponto de funcionamento de um sistema?
R: O ponto de funcionamento é quando a energia fornecida é igual a energia necessária para que dada vazão seja bombeada
ASSUNTO 7
1 -  Sistemas hidráulicos utilizam que tipo de​​​​​​​ fluido de trabalho?
R: Óleo hidráulico
2 - Sistemas hidráulicos têm como principais características:
R: baixas velocidades com grandes forças e precisão de acionamento.
3 - Qual o nome da propriedade física que ocorre em razão do atrito interno das moléculas no interior dos fluidos e se manifesta quando o fluido entra em escoamento, manifestando-se em forças que tentam impedir o movimento do fluido?
R: Viscosidade
4 - Qual o significado físico da variável física vazão?
R: É o deslocamento de um volume de fluido em uma unidade de tempo.
5 - Se uma bomba hidráulica opera em uma pressão de 200 kg/cm2 e o cilindro hidráulico tem área de 80 cm2 , qual é a força que o atuador pode produzir?
R: 16000 kg.
ASSUNTO 8 
1 -  A resistência ao escoamento, ou o inverso da fluidez, é denominada:
R: viscosidade
2 - Quais são os fluidos derivados do petróleo por meio de elaborado refino?
R: Óleos minerais com aditivação
3 -  Como é denominada a medida que estabelece a variação da viscosidade do óleo de acordo com a variação de temperatura?
R: Índice de viscosidade
4 - Como são denominadas as substâncias químicas que melhoram o desempenho dos fluidos hidráulicos?
R: Aditivos.
5 - índice de viscosidade