Fundamentos de Hidráulica

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Introdução à Hidráulica
Conceitos básicos e Sistemas de unidades
Prof. Leonardo Duarte Batista da Silva
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
DISCIPLINA: IT 503 – FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Seropédica - RJ
Programação
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
DISCIPLINA: IT 503 – FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Bibliografia
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
DISCIPLINA: IT 503 – FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Bibliografia
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
DISCIPLINA: IT 503 – FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
Bibliografia
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
DISCIPLINA: IT 503 – FUNDAMENTOS DE HIDRÁULICA
❑ Introdução e Princípios Básicos;
❑ Propriedades Físicas dos Fluidos;
❑ Estática dos Fluidos;
❑ Hidrodinâmica;
❑ Hidrometria;
❑ Condutos Forçados;
❑ Bombas Hidráulicas; e,
❑ Condutos Livres.
Programa da Disciplina
Escada hidráulica
❑ Conceito e subdivisões da Hidráulica;
❑ Hidráulica aplicada e exemplos de aplicação;
❑ Princípios básicos;
❑ Sistemas de unidades de medidas
 - SI;
 - Sistema Técnico; 
 - CGS; e
 - Sistema Inglês
❑ Massa e Peso;
Tópicos da Aula 
❑ Significado Etimológico:
 Ciência que tem por objeto de estudo da condução de água.
 
❑ É o estudo do comportamento da água e de outros líquidos, quer 
em repouso, quer em movimento (Azevedo Netto et al., 1998).
❑ A mecânica dos fluidos é o ramo da mecânica que tem por 
objetivo estudar os princípios que governam o comportamento dos 
fluidos, estejam eles em estado de repouso ou em movimento 
(Peres, 2006).
Hidráulica – Conceito 
hydor – água 
aulos – condução/tubo
Hidráulica – Subdivisões 
Hidráulica
Geral ou 
Analítica
Aplicada ou 
Hidrotécnica
Hidrostática (fluidos: repouso/equilíbrio)
Hidrodinâmica (velocidades, acelerações e forças) 
Hidráulica urbana
Sistemas de abastecimento de água
Esgotos sanitários
Galerias de águas pluviais
Drenagem urbana
Hidráulica agrícola
Hidráulica fluvial
Hidráulica marítima
Sistemas de irrigação
 Sistemas de drenagem
 Sistemas de abastecimento e esgoto
Técnica hidroelétrica (Geração de energia)
Hidráulica industrial
Rios
 Canais
Portos
Obras marítimas
Diversos (Drenagem de Estradas, Defesa contra inundações, etc)
Hidráulica Aplicada
A Hidráulica não é uma ciência puramente teórico-matemática, 
mas de valor prático indiscutível, desempenha um papel 
significativo nas diversas modalidades de engenharia, 
permitindo o planejamento, projeto e gerenciamento de 
diversos sistemas que tratam do uso e controle da água (fluidos) 
(AZEVEDO NETTO et al., 1998; PATERNINI, 2011).
A Hidráulica esteve presente ao longo de praticamente toda a 
história da humanidade, em função da necessidade essencial da 
água para a vida humana;
Evolução da Hidráulica
AZEVEDO NETTO et al. (1998).
Tabela 1. Eventos históricos
Tabela 2. Eventos históricos no Brasil
Hidráulica na Engenharia (exemplos de aplicação) 
Estações elevatórias de água e esgoto
Dimensionamento 
de drenos
Dimensionamento 
de canais
Dimensionamento 
de barragens
Dimensionamento 
de Adutoras
Centrais de 
tratamento de 
água e esgoto 
Seleção de bombas
Irrigação
Conservação 
do solo
Princípios básicos 
❑ Fluidos – São substâncias que se deformam continuamente quando 
submetidas a uma força tangencial (tensão de cisalhamento), não 
importando o quanto pequena possa ser essa tensão.
FLUÍDOS. Moléculas trocam de posição 
e tomam a forma do recipiente.
Líquido Gás 
Líquidos: Possuem uma interação intermolecular forte (pontes de Van der 
Waals) e por isso eles tomam a forma do recipiente, porém restringindo-se a um 
volume finito.
Gases: Possuem uma interação molecular fraca e por isso, além de tomarem a 
forma do recipiente, o preenchem completamente.
Sistemas de Unidades de Medidas
• Grandeza - É um atributo, ou uma qualidade de uma 
manifestação física, química ou biológica do nosso universo 
físico, que é passível de ser medido e quantificado. 
• Unidade de medida – É uma quantidade padrão arbitrária da 
mesma espécie que a grandeza que se pretende medir, a qual 
serve para expressar diferentes magnitudes próprias ou, de 
grandezas do mesmo tipo. 
• Sistemas de unidades – É um conjunto de unidades utilizadas 
para medir todas as espécies de grandezas físicas:
PERES (2006)
- Unidades básicas: devem ser independentes, e é 
desejável que possam ser representadas por padrões;
- Unidades derivadas: definidas em função das 
unidades de base ou fundamentais.
❑ Na 11a Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em outubro de 1960 
em Paris, ficou decidido a substituição do Sistema Métrico Decimal pelo 
atual SI. Atualmente conta com 7 grandezas de base (desde 1971).
❑ Adotado oficialmente na maior parte do países no mundo. Com a exceção 
notável dos Estados Unidos.
❑ Adotado legalmente no Brasil a partir de 1962, e ratificado pela Resolução nº 
12 de 1988 do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade 
Industrial (Conmetro).
Sistemas de Unidades de Medidas
O Sistema internacional de unidades (SI)
SI, INMETRO (2012)
Sistemas de Unidades de Medidas
COMPRIMENTO
“O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um 
intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo”
MASSA
“O quilograma é a unidade de massa (e não de peso ou força): ele é igual a
massa do protótipo internacional do quilograma”. 
“A massa de um cilindro em platina-irídio (90% Pt e 10% Ir) é conservado na 
Repartição Internacional de Pesos e Medidas em Sèvres (França) (1901).” 
“O segundo é a duração de 9.192.621.770 períodos da radiação correspondente 
à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de
Césio 133”. 
TEMPO
O Sistema internacional de unidades (SI)
SI, INMETRO (2012)
Sistemas de Unidades de Medidas
❑ No Brasil também é muito difundido na hidráulica o uso do 
Sistema Técnico (ST ou MKS*), e do CGS.
Sistema 
internacional (SI) 
ou MKS: 
• Unidade de comprimento: metro;
• Unidade de massa: quilograma;
• Unidade de tempo: segundo;
• Unidade de força: newton.
Sistema CGS:
• Unidade de comprimento: centímetro;
• Unidade de massa: grama;
• Unidade de tempo: segundo;
• Unidade de força: dina.
Sistema MKS* 
(Técnico):
• Unidade de comprimento: metro;
• Unidade de massa: utm;
• Unidade de tempo: segundo;
• Unidade de força: quilograma-força.
Sistemas de Unidades de Medidas
❑ No UK e nos EUA é muito difundido na hidráulica o uso do Sistema Inglês 
 (UK - imperial units ou imperial measurements; EUA - British system)
Sistema 
Inglês:
• Unidade de força: libra-força;
• Unidade de área: polegada quadrada;
• Unidade de pressão: libra-força por polegada quadrada;
• Unidade de pressão: psi.
Unidade de pressão: libra-força por polegada quadrada, lbf/in²;
Unidade de pressão: psi
Unidade de pressão: pound force per square inch
lbf/in² = psi
Tabela 3. Unidades de medida fundamentais e derivadas no SI, ST, CGS
PERES (2006)
Sistemas de Unidades de Medidas
Problema:
O sistema técnico (MKS*) apresenta uma certa confusão entre as 
noções de peso e massa, que fisicamente são conceitos diferentes;
A relação a força e a massa de um corpo é expressa pela 2ª Lei de 
Newton:
Sistemas de Unidades de Medidas
k - constante;
m – massa do corpo; e,
a – aceleração que o corpo está submetido.
No SI e no MKS* a constante k equivale a 1 (um). No SI, k é 
igual a 1 (um) pela definição da unidade de força, e no MKS* pela 
definição da unidade de massa, ou seja: 
Sistemas de Unidades de Medidas
❑ No SI - a unidade de força é aquela que, ao agir sobre um 
corpo com a massa de um quilograma (1 kg), ocasiona uma 
aceleraçãode um metro por segundo, por segundo (1m s-2), e se 
denomina “newton”.
❑ No MKS* - a unidade de força (1 kgf) é igual a unidade de 
massa (utm) por unidade de comprimento por segundo, por 
segundo, logo a unidade de massa neste sistema é igual a g 
gramas. Ressalta-se que g varia de lugar para lugar, 
especialmente com a latitude e a altitude.
AZEVEDO NETTO et al. (1998).
1(unidade de força) = kg x 1(m s-2) = N
Sistemas de Unidades de Medidas
❑ Exercício: Qual o peso de um corpo de massa igual a 1kg na 
Terra (g = 9,81 m s-2)? Expresse em MKS, CGS e MKS*.
Sistemas de Unidades de Medidas
Tabela 4. Prefixos para múltiplos e submúltiplos de unidades de medida
PERES (2006)
Tabela 5. Alfabeto grego
Massa e Peso
❑ Massa (m): trata-se da quantidade de matéria contida em um corpo e 
corresponde a uma medida de sua inércia, ou seja, resistência a mudança no 
seu estado de movimento.
❑ Peso (p): corresponde à força com que a massa de um corpo é atraída em 
direção ao centro da Terra pelo seu campo gravitacional.
AZEVEDO NETTO et al. (1998).
P – Peso (N);
m – massa do corpo (kg); e,
a – aceleração que o corpo está submetido (m s-2).
φ – latitude (graus); e,
H – altitude (km).
Para calcular o valor de g (cm s-2) em qualquer situação geográfica:
“Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se 
transforma.
Lute, se esforce, vença e continue lutando. Assim 
como as lutas não tem fim, a vitória pode ser sem 
limites.”
Antoine Lavoisier
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