Conceitos básicos de vazão

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<p>Fenômenos de transporte</p><p>Classificação básica dos condutos</p><p>Conceitos de escoamentos em regime variado e permanente</p><p>Conceitos básicos de vazão</p><p>Escoamento em superfície livre ou</p><p>simplesmente livre</p><p>• O escoamento é classificado em superfície livre ou simplesmente</p><p>livre, se, qualquer que seja a seção transversal, o líquido estiver</p><p>sempre em contato com a atmosfera.</p><p>• Escoamento em rios, córregos</p><p>ou canais.</p><p>• O escoamento ocorre</p><p>necessariamente</p><p>pela ação da gravidade.</p><p>Escoamento em pressão ou forçado</p><p>• O escoamento em pressão ou forçado ocorre no interior das</p><p>tubulações, ocupando integralmente sua área geométrica, sem</p><p>contato com o meio externo.</p><p>• A pressão exercida pelo líquido sobre a parede da tubulação é</p><p>diferente da atmosférica e qualquer perturbação do regime, em uma</p><p>seção, poderá dar lugar a alterações de velocidade e pressão nos</p><p>diversos pontos do escoamento.</p><p>• Tal escoamento pode ocorrer pela ação da gravidade ou através de</p><p>bombeamento.</p><p>Sistema de captação e elevatória de</p><p>água bruta do rio Madeira na cidade de</p><p>Porto Velho – RO, constituído de</p><p>flutuante metálico, onde estão</p><p>assentados 3 conjuntos motor-bomba e</p><p>3 adutoras com tubo de aço de 400 mm</p><p>que fazem a condução da água até o</p><p>alto do barranco.</p><p>Escoamento forçado Escoamento livre</p><p>Ciclo do uso da água</p><p>Teste</p><p>(PETROBRAS - 2014) No estudo da hidráulica, os condutos são classificados em</p><p>abertos ou fechados e, em função da pressão que atua no conduto, o escoamento</p><p>é classificado em forçado ou livre. As possibilidades de tipo de conduto (aberto ou</p><p>fechado) em função do tipo de escoamento (forçado ou livre) são:</p><p>escoamento forçado escoamento livre</p><p>(A) apenas em conduto aberto apenas em conduto fechado</p><p>(B) apenas em conduto fechado apenas em conduto aberto</p><p>(C) apenas em conduto fechado em conduto fechado ou em conduto aberto</p><p>(D) em conduto fechado ou em conduto aberto apenas em conduto aberto</p><p>(E) em conduto fechado ou em conduto aberto em conduto fechado ou em conduto aberto</p><p>Teste</p><p>(ENADE - 2011 engenharia grupo I) Os sistemas de transporte de água de</p><p>abastecimento e de coleta de esgotos sanitários devem ser, respectivamente,</p><p>projetados e calculados como</p><p>(A) condutos forçados e condutos livres.</p><p>(B) condutos livres e condutos forçados.</p><p>(C) condutos sob pressão igual a atmosférica.</p><p>(D) condutos por gravidade e condutos forçados.</p><p>(E) condutos sob pressão diferente da atmosférica.</p><p>Teste</p><p>A figura abaixo apresenta a seção transversal de um duto de seção</p><p>circular, utilizado para esgotamento sanitário. O escoamento é</p><p>classificado em superfície livre (ou simplesmente livre) ou em pressão</p><p>(ou forçado)?</p><p>Teste</p><p>(ITAIPU BINACIONAL - 2017) - As primeiras equações gerais para o movimento dos fluidos foram desenvolvidas por Leonardo</p><p>Euler (1707-1793). Mas, segundo Azevedo Netto (1998), “apenas no século XIX, com o desenvolvimento da produção de</p><p>tubos de ferro fundido, capazes de resistir a pressões internas relativamente elevadas, com o crescimento das cidades e a</p><p>importância cada vez maior dos serviços de abastecimento de água e, ainda, em consequência do emprego de novas</p><p>máquinas hidráulicas, é que a hidráulica teve um progresso acentuado”. Principalmente na área de saneamento, a hidráulica</p><p>é aplicada para o entendimento do escoamento do líquido em tubulações que transportam água ou esgoto. A respeito de</p><p>escoamento em condutos, considere as seguintes afirmativas:</p><p>1. Denominam-se condutos forçados tubulações onde o líquido escoa sob uma pressão diferente da atmosférica.</p><p>2. Escoamento de condutos livres é caracterizado por apresentar uma superfície livre, e, em qualquer ponto da superfície</p><p>livre, a pressão é diferente da atmosférica.</p><p>3. Os rios e canais são exemplos de escoamento em condutos livres.</p><p>4. De maneira geral, as tubulações de esgoto funcionam como condutos forçados.</p><p>Assinale a alternativa correta.</p><p>(A) Somente a afirmativa 3 é verdadeira.</p><p>(B) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras.</p><p>(C) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras.</p><p>(D) Somente as afirmativas 1, 2 e 4 são verdadeiras.</p><p>(E) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras.</p><p>Escoamento em regime permanente</p><p>• As propriedades e características hidráulicas, em cada ponto do</p><p>espaço, não variam com o tempo.</p><p>• As propriedades do fluido podem variar de ponto para ponto, desde</p><p>que não haja variações com o tempo em determinado ponto.</p><p>Escoamento em regime variável</p><p>ou não permanente</p><p>• As condições do fluido em alguns pontos ou regiões de pontos variam</p><p>com o passar do tempo.</p><p>Teste</p><p>(TRANSPETRO - 2018) Um fluido com densidade constante escoa em</p><p>uma tubulação sem variação de sua velocidade, pressão ou</p><p>temperatura ao longo do tempo em qualquer ponto do fluido. Esse</p><p>fluido e o tipo de escoamento são classificados como</p><p>(A) fluido incompressível e escoamento permanente.</p><p>(B) fluido newtoniano e escoamento turbulento.</p><p>(C) fluido incompressível e escoamento uniforme.</p><p>(D) fluido newtoniano e escoamento permanente.</p><p>(E) fluido não viscoso e escoamento uniforme.</p><p>Escoamento unidimensional</p><p>ou uniforme na seção</p><p>• É aquele em que suas propriedades, como pressão, velocidade, massa</p><p>específica, etc., são funções exclusivas de somente uma coordenada</p><p>espacial e do tempo, isto é, são representadas em termos de valores</p><p>médios da seção.</p><p>• Para que isso aconteça, é necessário que as propriedades sejam</p><p>constantes em cada seção.</p><p>Escoamento unidimensional</p><p>ou uniforme na seção</p><p>Escoamento bidimensional</p><p>Quando se admite que as partículas escoem em planos paralelos</p><p>segundo trajetórias idênticas, não havendo variação do escoamento na</p><p>direção normal aos planos.</p><p>Vazão em volume (Q)</p><p>Suponha que, estando a torneira aberta, seja empurrado o recipiente embaixo dela e</p><p>simultaneamente seja disparado o cronômetro. Admita-se que o recipiente encha em 10 s.</p><p>Pode-se então dizer que a</p><p>torneira enche 20 L em 10 s</p><p>ou que a vazão em volume</p><p>da torneira é:</p><p>Q =</p><p>20 L</p><p>10 s</p><p>= 2 L/s</p><p>Vazão em volume (Q)</p><p>Define-se vazão em volume Q como o volume de fluido que atravessa</p><p>uma certa seção do escoamento por unidade de tempo.</p><p>𝐐 =</p><p>𝐕</p><p>𝐭</p><p>Unidades usuais: L/s, m3/s, L/min, m3/h</p><p>1 m3 – 1 000 L</p><p>Vazão em volume (Q)</p><p>Existe uma relação importante entre a vazão em volume e a velocidade do fluido.</p><p>Suponha-se o fluido em movimento, no intervalo de tempo t, o fluido se desloca</p><p>através da seção de área A a uma distância s, o volume de fluido que atravessa a</p><p>seção de área A no intervalo de tempo t é V = s × A, logo a vazão será:</p><p>Q =</p><p>V</p><p>t</p><p>=</p><p>s ∙ A</p><p>t</p><p>= vA</p><p>𝐐 = 𝐯𝐀</p><p>Considerando o SI:</p><p>Q = vA</p><p>Q =</p><p>m</p><p>s</p><p>∙ m2 =</p><p>m3</p><p>s</p><p>Exercício (SABESP 2012):</p><p>Calcule a velocidade média de escoamento de água através de uma</p><p>seção de uma tubulação PVC − marrom de 50 mm.</p><p>Dados: Vazão = 200 L/min; Diâmetro interno do tubo de PVC = 42 mm.</p><p>Vazão em massa (Qm)</p><p>𝐐𝐦 =</p><p>𝐦</p><p>𝐭</p><p>Unidades: g/s, utm/s, kg/s</p><p>Vazão em peso (QG)</p><p>𝐐𝐆 =</p><p>𝐆</p><p>𝐭</p><p>Unidades: dina/s, kgf/s, N/s</p><p>Relação entre Qm e Q</p><p>Qm =</p><p>m</p><p>t</p><p>mas: ρ =</p><p>m</p><p>V</p><p>→ m = ρ V</p><p>Qm =</p><p>ρ V</p><p>t</p><p>mas: Q =</p><p>V</p><p>t</p><p>𝐐𝐦 = 𝛒𝐐</p><p>Relação entre QG e Q</p><p>QG =</p><p>G</p><p>t</p><p>mas: γ =</p><p>G</p><p>V</p><p>→ G = γ V</p><p>QG =</p><p>γ V</p><p>t</p><p>mas: Q =</p><p>V</p><p>t</p><p>𝐐𝐆 = 𝛄𝐐</p><p>Relação entre QG e Qm</p><p>QG = γQ</p><p>mas: γ = ρg</p><p>QG = ρgQ</p><p>mas: Qm = ρQ</p><p>𝐐𝐆 = 𝐠𝐐𝐦</p><p>Vazão em volume Vazão em massa Vazão em peso</p><p>Equação</p><p>Q =</p><p>V</p><p>t</p><p>Q = vA Qm =</p><p>m</p><p>t QG =</p><p>G</p><p>t</p><p>CGS cm3</p><p>s</p><p>g</p><p>s</p><p>dina</p><p>s</p><p>MK*S m3</p><p>s</p><p>utm</p><p>s</p><p>kgf</p><p>s</p><p>SI m3</p><p>s</p><p>kg</p><p>s</p><p>N</p><p>s</p><p>Relação entre Qm e Q</p><p>Qm = ρQ</p><p>Relação entre QG e Q</p><p>QG = γQ</p><p>Relação entre QG e Qm</p><p>QG = gQm</p><p>Exercício 3.4 (página 79) livro texto:</p><p>Uma torneira enche de água um tanque, cuja capacidade é 6 000 L, em</p><p>1 h e 40 min. Determinar a vazão em volume, em massa e em peso em</p><p>unidades do SI.</p><p>Considerar: ρágua = 1 000 kg/m3 e g = 10 m/s2</p><p>V = 6 000 L</p><p>1 h 40 min</p><p>Exercício (UFPA 2008):</p><p>Para abastecer um vilarejo, dispõe-se de tubo usado (20 anos) Defofo</p><p>de 50 mm de diâmetro. Admitindo-se que a velocidade de escoamento</p><p>da água possa ser de 0,60 m/s, calcule a vazão em volume, em massa e</p><p>em peso na adutora.</p><p>Adote o SI e apresente também a vazão em volume em L/s.</p><p>Defofo: tubos</p><p>e conexões hidráulicas fabricados em MPVC (policloreto de vinila</p><p>modificado), PVC modificado, que possuem diâmetro equivalente aos tubos de</p><p>ferro fundido, suportando pressão de até 1,0 MPa ou 10 Kgf/cm2, a 20oC.</p>