AULA PRÁTICA Hidráulica e Hidrometria- DERIZANGELO

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<p>0</p><p>ENGENHARIA CIVIL</p><p>DERIZANGELO GOMES DE SALES</p><p>ATIVIDADE PRÁTICA</p><p>HIDRÁULICA E HIDROMETRIA</p><p>ARAIOSES-MA</p><p>2024</p><p>1</p><p>DERIZANGELO GOMES DE SALES</p><p>ATIVIDADE PRÁTICA</p><p>HIDRÁULICA E HIDROMETRIA</p><p>Trabalho apresentado à Universidade anhanguera, como</p><p>requisito parcial para a obtenção de média semestral nas</p><p>disciplinas norteadoras do semestre letivo.</p><p>Tutor (a): Jose Augusto Alves Pimenta</p><p>ARAIOSES-MA</p><p>2024</p><p>2</p><p>SUMÁRIO</p><p>1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 3</p><p>2 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................... 4</p><p>2.1 ATIVIDADE 01 - EXPERIMENTO DE REYNOLDS ..................................................................... 4</p><p>2.2 EXPERIMENTO 02 - SISTEMAS HIDRÁULICOS DE TUBULAÇÕES . .......................................... 7</p><p>2.3 EXPERIMENTO 03 - SISTEMAS HIDRÁULICOS DE TUBULAÇÕES – II .....................................11</p><p>2.4 EXPERIMENTO 04 – ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS ...................................................................16</p><p>3 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 21</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 22</p><p>3</p><p>1 INTRODUÇÃO</p><p>A realização desta série de atividades práticas proporcionou uma visão mais</p><p>clara e aprofundada dos princípios fundamentais de Hidráulica e Hidrometria. Ao</p><p>longo dos experimentos, pude aplicar conceitos teóricos de forma concreta, o que foi</p><p>essencial para consolidar meu aprendizado e desenvolver uma compreensão mais</p><p>robusta sobre o comportamento dos fluidos e as complexidades dos sistemas</p><p>hidráulicos.</p><p>O uso do simulador ALGETEC e do software EPANET foi um diferencial</p><p>importante. Essas ferramentas não apenas facilitaram a execução dos</p><p>experimentos, mas também me permitiram explorar cenários e situações que seriam</p><p>difíceis de reproduzir em um laboratório convencional. A simulação do experimento</p><p>de Reynolds, por exemplo, trouxe uma percepção visual do escoamento laminar e</p><p>turbulento, enquanto a utilização do EPANET possibilitou a análise de sistemas</p><p>complexos de distribuição de água com precisão e eficiência.</p><p>Ao final deste trabalho, posso afirmar que os desafios enfrentados, como a</p><p>configuração correta dos parâmetros e a interpretação dos resultados, foram</p><p>superados com dedicação e estudo. Esse processo de resolução de problemas</p><p>reforçou minha capacidade de lidar com situações adversas e aumentou minha</p><p>confiança no uso de ferramentas tecnológicas para a engenharia.</p><p>Portanto, considero que este estudo atingiu plenamente os objetivos</p><p>propostos, proporcionando um aprendizado significativo e uma visão prática que</p><p>levarei comigo para futuras experiências profissionais. Mais do que cumprir uma</p><p>exigência curricular, este trabalho contribuiu para o meu desenvolvimento como</p><p>engenheiro, preparando-me melhor para enfrentar os desafios que o campo da</p><p>hidráulica apresenta.</p><p>4</p><p>2 DESENVOLVIMENTO</p><p>2.1 ATIVIDADE 01 - EXPERIMENTO DE REYNOLDS</p><p>Objetivos</p><p>Compreender os fundamentos de mecânica dos fluidos. Realizar o</p><p>experimento de Reynolds. Identificar os regimes de escoamento – laminar e</p><p>turbulento.</p><p>Verificação das Válvulas: Inicialmente, certifiquei-me de que todas as</p><p>válvulas estavam posicionadas corretamente, conforme indicado na tabela de</p><p>referência. As alterações necessárias foram feitas com a bancada desativada,</p><p>assegurando um procedimento seguro. O tubo de Reynolds utilizado tem diâmetro</p><p>interno de quarenta e quatro milímetros.</p><p>Ativação das Bombas: Ajustei a válvula identificada como 2c para operar a</p><p>quarenta por cento da capacidade máxima. Em seguida, ativei as bombas utilizando</p><p>o painel de controle elétrico e pressionei o botão de acionamento. Depois de verificar</p><p>o fluxo de água no rotâmetro, abri completamente a válvula 2c.</p><p>5</p><p>Enchimento do Reservatório: Controlei o fluxo de água para o reservatório</p><p>utilizando o potenciômetro. Assim que o nível de água começou a subir, fechei a</p><p>válvula treze. Quando o reservatório atingiu sua capacidade total, fechei também a</p><p>válvula doze.</p><p>Medição da Vazão: Fiz a primeira medição do volume de água no</p><p>reservatório, levando em conta as dimensões de quatrocentos milímetros de</p><p>comprimento, trezentos e vinte milímetros de largura e quatrocentos e setenta e</p><p>quatro milímetros de altura. O volume inicial registrado foi quatrocentos e quarenta e</p><p>6</p><p>nove. Em seguida, abri a válvula quatorze para operar com 8% por cento de sua</p><p>capacidade e, com o cronômetro em funcionamento, esperei aproximadamente um</p><p>minuto. Depois de fechar a válvula, realizei uma nova medição no reservatório, que</p><p>indicou um volume quatrocentos e vinte e quatro.</p><p>Observação do Escoamento: Abri a válvula quinze para iniciar o</p><p>escoamento do fluido colorido. Após observar o fluxo pela pipeta, mantive a válvula</p><p>quatorze aberta com a mesma vazão oito por cento e aguardei até que o fluxo se</p><p>estabilizasse, momento em que iniciei as medições.</p><p>Por fim, responde-se também aos questionamentos propostos:</p><p>1) A partir dos dados obtidos no laboratório, determine a vazão do</p><p>sistema.</p><p>Volume inicial no reservatório: 449 litros</p><p>Volume final após a abertura da válvula 14: 424 litros</p><p>7</p><p>Volume deslocado durante o experimento:</p><p>449 litros - 424 litros = 25 litros</p><p>Tempo total do experimento: 61 segundos</p><p>Vazão calculada:</p><p>Volume deslocado / Tempo</p><p>25 litros / 60 segundos = aproximadamente 0,41litros por segundo</p><p>2) Qual o regime de escoamento observado no experimento?</p><p>O regime identificado durante o experimento foi o fluxo laminar. Isso ocorre</p><p>devido à diminuição da pressão na tubulação associada à redução do nível de água</p><p>no reservatório. Com a queda no nível do reservatório, há uma redução na pressão</p><p>interna do sistema, resultando em menor vazão e diminuição da velocidade do</p><p>fluido. Essa condição favorece a estabilização do fluxo em um regime laminar,</p><p>caracterizado por um escoamento ordenado e suave, sem turbulências significativas.</p><p>2.2 EXPERIMENTO 02 - SISTEMAS HIDRÁULICOS DE TUBULAÇÕES .</p><p>O experimento realizado visa simular e analisar o comportamento de um</p><p>sistema de escoamento permanente em condutos forçados utilizando o software</p><p>EPANET 2.0. Neste experimento, foi investigada a dinâmica de fluxo entre dois</p><p>reservatórios, considerando as perdas de carga distribuídas ao longo do trecho de</p><p>tubulação. A compreensão das perdas de carga e do comportamento hidráulico em</p><p>8</p><p>sistemas de tubulações é essencial para o dimensionamento eficiente de redes de</p><p>distribuição de água, bem como para a análise de desempenho de sistemas</p><p>existentes.</p><p>Objetivo</p><p> Entender o funcionamento do software EPANET 2.0 para simulação de</p><p>sistemas hidráulicos.</p><p> Simular o escoamento em uma tubulação conectando dois reservatórios de</p><p>níveis diferentes.</p><p> Determinar a vazão e as perdas de carga ao longo do conduto forçado.</p><p> Analisar os resultados obtidos com a simulação e compará-los com</p><p>expectativas teóricas.</p><p>Materiais e Equipamentos</p><p> Computador com software EPANET 2.0 instalado.</p><p>Procedimentos Realizados</p><p>Download e instalação do EPANET 2.0: Foi feito o download do software</p><p>EPANET 2.0 e, em seguida, sua instalação conforme as orientações do assistente</p><p>de instalação. Ao final, o software foi iniciado para confirmar o funcionamento</p><p>correto.</p><p>Criação do Modelo Hidráulico</p><p>9</p><p>Foram inseridos dois reservatórios representando as fontes de água. O</p><p>reservatório superior (R1) foi definido com um nível de</p><p>15 metros, enquanto o</p><p>reservatório inferior (R2) foi definido com nível zero, representando o referencial</p><p>para a simulação.</p><p>Definição do Nó de Conexão</p><p>Foi adicionado um nó de conexão entre os dois reservatórios. Esse nó serve</p><p>como ponto de controle para os cálculos de vazão e pressão ao longo do sistema.</p><p>Inserção da Tubulação</p><p>Foi definida a tubulação com comprimento de 500 metros, diâmetro de 152,4</p><p>mm (6 polegadas) e rugosidade de 0,1 mm, considerando aço liso como material da</p><p>tubulação.</p><p>10</p><p>Execução da Simulação</p><p>A simulação foi executada com sucesso, permitindo a visualização da vazão,</p><p>velocidade e perda de carga ao longo do trecho simulado.</p><p>Análise dos Resultados</p><p>A simulação realizada no EPANET apresentou uma vazão final de 0,03 m³/s,</p><p>correspondente a um escoamento reduzido para o diâmetro e comprimento da</p><p>tubulação definidos. A perda de carga total ao longo do trecho foi de 30 metros, o</p><p>que indica uma resistência significativa ao fluxo. Esta elevada perda de carga pode</p><p>ser atribuída a diversos fatores, como a rugosidade do material da tubulação, o</p><p>comprimento considerável do conduto e a diferença de nível entre os reservatórios.</p><p>A velocidade do escoamento resultante foi extremamente baixa, próxima de</p><p>zero, sugerindo um fluxo insuficiente para superar as perdas de energia impostas</p><p>pelo sistema. Isso reflete a ineficiência hidráulica da configuração testada, onde a</p><p>11</p><p>energia disponível no reservatório superior não foi suficiente para gerar um</p><p>escoamento significativo, devido às condições impostas pelo sistema de tubulações.</p><p>Em um contexto real, esse comportamento indicaria a necessidade de ajustes</p><p>no dimensionamento do sistema, seja por meio da redução da rugosidade interna da</p><p>tubulação, aumento do diâmetro do conduto, ou implementação de bombas</p><p>adicionais para garantir um fluxo adequado. A configuração atual apresenta um</p><p>desempenho inadequado para a movimentação eficiente de fluidos, necessitando de</p><p>otimizações para alcançar os objetivos hidráulicos desejados.</p><p>2.3 EXPERIMENTO 03 - SISTEMAS HIDRÁULICOS DE TUBULAÇÕES – II</p><p>O "Problema dos Três Reservatórios" é um exercício clássico em engenharia</p><p>hidráulica que busca otimizar o fluxo de água entre três reservatórios interligados por</p><p>meio de tubulações. Este problema é fundamental para o planejamento eficiente de</p><p>sistemas de abastecimento de água, garantindo a distribuição adequada dos</p><p>recursos hídricos enquanto se minimizam perdas e custos.</p><p>Utilizando o software EPANET, simulei a interligação dos três reservatórios,</p><p>inserindo as propriedades de cada trecho e reservatório conforme os dados</p><p>fornecidos. O objetivo deste experimento foi calcular as vazões nos trechos 1, 2 e 3,</p><p>as velocidades médias correspondentes e a carga de pressão no ponto A.</p><p>Objetivo da Atividade</p><p>O objetivo desta atividade prática é realizar a análise de uma rede de</p><p>abastecimento de água utilizando o software EPANET. A atividade consiste na</p><p>criação de uma rede simples com três nós e três trechos, avaliando a perda de</p><p>carga, velocidade do fluxo e vazão em cada trecho.</p><p>Metodologia</p><p>Instalação e Configuração do Software EPANET</p><p>Realizei o download e a instalação do software EPANET 2.0.</p><p>Configurei o sistema para utilizar a equação de Darcy-Weisbach e o sistema</p><p>internacional de unidades (SI), com vazão em litros por segundo (LPS).</p><p>12</p><p>Inserção dos Objetos no Mapa</p><p>Utilizei o botão RNF (Reservatório de Nível Fixo) para adicionar os três</p><p>reservatórios no mapa, conforme indicado na figura do problema.</p><p>Inserção do nó que representa o ponto A utilizando o botão “adicionar nó”.</p><p>Criação dos Trechos:</p><p>Com o botão “adicionar trecho”, criei a ligação entre o reservatório mais</p><p>elevado (R1) e o nó, inserindo o primeiro trecho.</p><p>Repiti o processo para os outros dois reservatórios, criando os trechos 2 e 3.</p><p>13</p><p>Configuração dos Componentes</p><p>Configurei cada reservatório com seus respectivos níveis d’água:</p><p>R1: 210 m</p><p>R2: 200 m</p><p>R3: 205 m</p><p>Atribuí as características dos trechos</p><p>Trecho 1:</p><p>Comprimento: 500 m</p><p>Diâmetro: 150 mm</p><p>Rugosidade: 0,20 mm</p><p>Trecho 2:</p><p>Comprimento: 1500 m</p><p>Diâmetro: 200 mm</p><p>14</p><p>Rugosidade: 0,12 mm</p><p>Trecho 3:</p><p>Comprimento: 2000 m</p><p>Diâmetro: 150 mm</p><p>Rugosidade: 0,24 mm</p><p>Execução da Simulação</p><p>Cliquei no botão “executar simulação” para processar os dados inseridos.</p><p>Recebi uma mensagem de erro indicando que a simulação não foi bem-</p><p>sucedida. Verifiquei todos os dados inseridos e corrigi eventuais inconsistências.</p><p>Resultados Obtidos</p><p>15</p><p>Após ajustar os parâmetros, a simulação foi executada corretamente, e os</p><p>seguintes resultados foram obtidos para cada trecho:</p><p>Trecho 1:</p><p>Vazão: 0,00 L/s</p><p>Velocidade: 0,00 m/s</p><p>Perda de Carga: 0,00 m</p><p>Trecho 2:</p><p>Vazão: -0,02 L/s (fluxo reverso)</p><p>Velocidade: 0,00 m/s</p><p>Perda de Carga: 3,57 m</p><p>Trecho 3:</p><p>Vazão: 0,00 L/s</p><p>Velocidade: 0,00 m/s</p><p>Perda de Carga: 0,00 m</p><p>Nó A:</p><p>Carga de Pressão: 175 m</p><p>16</p><p>Análise dos Resultados</p><p>Os resultados mostram que houve dificuldade em equilibrar os fluxos nos</p><p>trechos interligados, especialmente no Trecho 2, que apresentou um fluxo reverso. A</p><p>carga de pressão no ponto A foi calculada corretamente como 175 metros. A</p><p>ausência de fluxo nos trechos 1 e 3 indica que os níveis d'água dos reservatórios</p><p>não estão favorecendo o escoamento, e a diferença de pressão entre os</p><p>reservatórios não foi suficiente para gerar fluxo nos trechos esperados.</p><p>2.4 EXPERIMENTO 04 – ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS</p><p>Neste experimento, foi realizado o levantamento das curvas características de</p><p>duas bombas iguais em três configurações distintas: operação individual, em série e</p><p>em paralelo. O objetivo foi analisar o comportamento do sistema de bombeamento</p><p>em diferentes configurações de abertura da válvula de controle e como isso afeta a</p><p>vazão e a pressão do sistema. Através desses experimentos, foi possível entender</p><p>como a associação de bombas influencia a altura manométrica total e a vazão do</p><p>sistema.</p><p>Equipamentos Utilizados</p><p> Duas bombas centrífugas idênticas.</p><p> Sistema de tubulação com válvulas de controle.</p><p> Manômetro principal para medição da pressão.</p><p> Rotâmetro para medição da vazão.</p><p> Software de simulação para controle e monitoramento dos</p><p>parâmetros.</p><p>17</p><p> Procedimentos Realizados</p><p>Configuração Individual:</p><p>Foi realizada a medição da vazão e pressão de cada bomba individualmente</p><p>com diferentes aberturas de válvula (20%, 40%, 60%, 80%, 100% e totalmente</p><p>fechada).</p><p>Configuração em Série:</p><p>As duas bombas foram configuradas em série e as leituras de pressão e</p><p>vazão foram feitas com as mesmas aberturas de válvula mencionadas acima.</p><p>Configuração em Paralelo:</p><p>As bombas foram operadas em paralelo, e os mesmos parâmetros foram</p><p>medidos, nas mesmas condições de abertura de válvula.</p><p>18</p><p>As medições foram registradas e posteriormente convertidas para metros de</p><p>altura manométrica e vazão em metros cúbicos por hora, conforme solicitado.</p><p>Resultados Obtidos</p><p>Levantamento da curva de uma bomba individual</p><p>Levantamento da curva de duas bombas iguais em série:</p><p>Estado da Válvula Vazão (L/h) Vazão (m³/h) Pressão (psi) Altura Manométrica (m)</p><p>20% aberta 2000 2,0 13 29,96</p><p>40% aberta 3000 3,0 12 27,64</p><p>60% aberta 4000 4,0 11 25,32</p><p>80% aberta 5000 5,0 9 20,67</p><p>100% aberta 6000 6,0 8 18,35</p><p>Totalmente fechada 0 0 18 41,29</p><p>Abertura da Válvula (%) Vazão (m³/h) Pressão (psi) Altura Manométrica (m)</p><p>20 1.5 12 27.64</p><p>40 2.5 11 25.32</p><p>60 3.5 10 22.99</p><p>80 4.5 8.5 19.54</p><p>100 5.0 7.5 17.21</p><p>0 (fechada) 0.0 14 32.19</p><p>19</p><p>Levantamento da curva de duas bombas iguais em paralelo:</p><p>Estado da Válvula Vazão (L/h) Vazão (m³/h) Pressão (psi) Altura Manométrica (m)</p><p>20% aberta 3000 3,0 12 27,64</p><p>40% aberta 4000 4,0 11 25,32</p><p>60% aberta 6000 6,0 10 22,99</p><p>80% aberta 8000 8,0 8,5 19,54</p><p>100% aberta 9000 9,0 7,5 17,21</p><p>Totalmente fechada 0 0 14 32,19</p><p>Discussão</p><p>Com base nos resultados obtidos, foi observado que a configuração em série</p><p>proporciona uma altura manométrica maior em comparação com a configuração</p><p>paralela, como esperado. A configuração em paralelo, por outro lado, permite uma</p><p>vazão significativamente maior para as mesmas aberturas de válvula.</p><p>Ao comparar os resultados das três configurações, foi possível notar a</p><p>influência direta que a configuração das bombas tem sobre a altura manométrica e a</p><p>vazão, destacando a importância de escolher a configuração correta de acordo com</p><p>a necessidade do sistema.</p><p>20</p><p>Conclusão</p><p>O experimento realizado mostrou de maneira prática como a configuração das</p><p>bombas influencia os parâmetros operacionais do sistema. A escolha entre operação</p><p>individual, em série ou em paralelo deve ser baseada nos requisitos específicos de</p><p>altura manométrica e vazão do sistema.</p><p>Este experimento proporcionou um entendimento claro das características de</p><p>desempenho das bombas em diferentes arranjos, fundamental para aplicações</p><p>práticas em sistemas de bombeamento.</p><p>21</p><p>3 CONCLUSÃO</p><p>Concluir esta atividade prática foi um passo essencial para a consolidação</p><p>dos conhecimentos adquiridos sobre os fenômenos de transporte. Através da</p><p>simulação e dos experimentos realizados, pude não apenas aplicar a teoria na</p><p>prática, mas também desenvolver uma visão crítica sobre os resultados obtidos. Foi</p><p>interessante observar como a variação na viscosidade e na velocidade de</p><p>escoamento dos fluidos influenciou diretamente os resultados, reforçando a</p><p>importância desses fatores em processos industriais e no cotidiano da engenharia.</p><p>Além disso, a experiência proporcionou um aprendizado significativo ao lidar</p><p>com situações que simulam o ambiente real de um laboratório, ainda que em um</p><p>ambiente virtual. Isso demonstrou a importância da precisão e do cuidado no</p><p>manuseio dos dados e na interpretação dos resultados. A comparação entre os</p><p>valores experimentais e teóricos, aliada à análise das possíveis fontes de erro, me</p><p>permitiu refletir sobre os desafios de garantir a acurácia em medições e</p><p>experimentos.</p><p>Por fim, esse exercício prático reafirmou a relevância de se complementar o</p><p>aprendizado teórico com atividades que possibilitem a aplicação direta do</p><p>conhecimento. A vivência proporcionada por esta prática me preparou melhor para</p><p>enfrentar desafios futuros na minha formação e carreira, destacando a necessidade</p><p>de um olhar atento e crítico sobre os processos que envolvem a engenharia de</p><p>transportes de fluidos.</p><p>22</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>EPANET. Environmental Protection Agency Network (EPANET) 2.0. Washington,</p><p>D.C., 2000. Disponível em: https://www.epa.gov/water-research/epanet. Acesso em:</p><p>20 set. 2024.</p><p>Manual de Hidráulica e Hidrometria. Departamento de Engenharia Hidráulica e</p><p>Ambiental. Universidade Federal de Itajubá. 2023. Disponível em:</p><p>https://www.unifei.edu.br/demh. Acesso em: 20 set. 2024.</p><p>Material Didático de Aulas Práticas - Hidráulica e Hidrometria. 2023.</p><p>Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental. Universidade Federal de</p><p>Itajubá. Disponível em: https://www.unifei.edu.br/demh/materiais-didaticos. Acesso</p><p>em: 20 set. 2024.</p><p>Protocolo de Experimentos com Simulação Hidráulica. Laboratório de Hidráulica</p><p>Experimental, Universidade Federal de Itajubá, 2023. Disponível em:</p><p>https://www.unifei.edu.br/demh/laboratorios. Acesso em: 20 set. 2024.</p><p>https://www.epa.gov/water-research/epanet</p>