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Estática dos Fluidos (extra)
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Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS - ICA DISCIPLINA: HIDRÁULICA RESUMO DAS AULAS Plano de Referência Energia Total γ 1P γ 2P g2 1V 2 g2 2V 2 Z1 Z2 Tubulação A1 A2 Plano de Referência Energia Total γ 1P γ 2P g2 1V 2 g2 2V 2 Z1 Z2 Tubulação A1 A2 Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza Agosto/2010 Belém-PA Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 2 Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 3 SUMÁRIO DISCIPLINA: Objetivo, conteúdo, avaliações e bibliografia 5 1 INTRODUÇÃO: Conceitos, sistemas de unidades e propriedades dos fluídos 7 2 HIDROSTÁTICA 13 3 HIDRODINÂMICA 29 4 CONDUTOS FORÇADOS 37 5 BOMBAS 45 6 CONDUTOS LIVRES 59 7 HIDROMETRIA 67 8 BARRAGENS 79 ANEXOS 97 EXERCÍCIO: Sistema de abastecimento 99 1ª LISTA DE EXERCÍCIOS 107 2ª LISTA DE EXERCÍCIOS 105 3ª LISTA DE EXERCÍCIOS 111 4ª LISTA DE EXERCÍCIOS 119 Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 4 Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 5 DISCIPLINA: HIDRÁULICA PROF. RODRIGO OTÁVIO RODRIGUES DE MELO SOUZA OBJETIVO: Capacitar os alunos a planejar e projetar estruturas de captação, armazenamento e condução de água. CONTEÚDO: 1) INTRODUÇÃO: Conceito, subdivisão, propriedades dos fluídos e sistema de unidades 2) HIDROSTÁTICA 3) HIDRODINÂMICA 4) CONDUTOS FORÇADOS 5) BOMBAS 6) CONDUTOS LIVRES 7) HIDROMETRIA 8) BARRAGENS AVALIAÇÕES: AVALIAÇÕES A B C 1 NAP: Prova 1 (50%) Prova 2 (50%) 23/09 12/11 20/09 12/11 21/09 09/11 2 NAP: Projeto SALA (60%) Projeto Grupo + Exercícios (40%) 15/10 04/11 15/10 05/11 18/10 08/11 NAF 26/11 26/11 23/11 Recuperação 09-10/12 BIBLIOGRAFIA: AZEVEDO NETO, J.M. Manual de hidráulica. São Paulo, Ed. Edgar Blucher, 1998, 669p. BERBARDO, S. Manual de Irrigação. Viçosa, UFV, 1995, 657 p. DAKER, A. Hidráulica na agricultura. Rio de Janeiro, Ed. Freitas Bastos. MIRANDA, J.H.; PIRES, R.C. Irrigação. Jaboticabal, SBEA, 2003, 703 p. PORTO, R.M. Hidráulica básica. São Carlos, EESC/USP, 1999, 540 p. RESUMOS DA AULAS: Os resumos das aulas estarão disponíveis na Xérox e na página da disciplina na internet: www.ufra.edu.br CONTATOS: rodrigo.souza@ufra.edu.br rmelosouza@hotmail.com Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 6 LEMBRETES: - Chamada no início das aulas - Limite de faltas: 25% - Respeitar os prazos para a entrega dos trabalhos - Os alunos só podem ser realizar as provas em suas respectivas turmas - Levar calculadora científica para as aulas - Os resumos das aulas estarão na internet e na xérox Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 7 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DA AMAZÔNIA ICA DISCIPLINA: HIDRÁULICA RESUMO DAS AULAS – CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO F V+dv V A dZ F V+dv V A F V+dv V A dZ Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 8 1 INTRODUÇÃO A água é um recurso natural importante para qualquer atividade agrícola. É importante que o profissional da área de ciências agrárias saiba utilizar este recurso com eficiência. Para tanto o mesmo deve saber planejar e projetar estruturas de captação, condução e armazenamento de água. 1.1 CONCEITO DE HIDRÁULICA Conceito: é o estudo do comportamento da água em repouso ou em movimento 1.2 SUBDIVISÕES A disciplina de Hidráulica pode ser dividida em: - Hidráulica teórica: - Hidrostática - Hidrodinâmica - Hidráulica aplicada; - Sistemas de abastecimento - Irrigação e drenagem - Geração de energia - Dessedentação animal 1.3 SISTEMA DE UNIDADES Na Hidráulica o profissional irá trabalhar com inúmeras grandezas, portanto o domínio das unidades e dos fatores de conversão é requisito básico para a elaboração dos projetos. As principais grandezas são: Tabela 1. Principais grandezas e unidades utilizadas na Hidráulica. Grandeza Sistema Internacional Sistema Técnico CGS comprimento m m Cm Massa kg utm G Tempo s s S Força N kgf dina Energia J kgm erg Potência W kgm/s Erg/s Pressão Pa Kgf/m2 bária Área m2 m2 Cm2 Volume m3 m3 Cm3 Vazão m3/s m3/s cm3/s Dentre as grandezas citadas as mais utilizadas serão: Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 9 - Unidades de pressão: 1 atm = 101.396 Pa = 10.336 kgf/m2 = 1,034 kgf/cm2 = 760 mmHg = 10,33 mca - Unidades de vazão: 1 m3/s = 3.600 m3/h = 1.000 L/s = 3.600.000 L/h Exercício: Transformar 0,015 m3/s para m3/h, L/s e L/h. Resposta: 54 m3/h, 15 L/s e 54.000 L/h 1.4 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS Na maioria das aplicações dentro das ciências agrárias o fluído utilizado será a água. Entretanto, o profissional pode vir a trabalhar com outros tipos de fluídos, como por exemplo: óleos, mercúrio, glicerina, ou algum subproduto de agroindústria. Os fluídos podem ser caracterizados pelas suas propriedades. As principais são: 1.4.1 Massa específica volume massa =ρ (1) Unidades: kg/m3, g/cm3 Água (4ºC): 1.000 kg/m3 Mercúrio (15ºC): 13.600 kg/m3 1.4.2 Peso específico volume peso =γ (2) Unidades: N/m3, kgf/cm3 Água : γ = 9.810 N/m3 = 1.000 kgf Observação: F = m . a; P = m . g; N = g . kgf; γ = ρ . g Exemplo: Uma caixa de 1,5 x 1,0 x 1,0 m armazena 1.497,5 kg de água. Determine o peso específico da água em N/m3 e kgf/m3. Considere g = 9,81 m/s2. Volume = 1,5 x 1,0 x 1,0 = 1,5 m3 Peso = 1.497,5 kg . 9,81 m/s2 = 14.689,49 N 1,5m 1,0m 1,0m Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 10 3 3 m/N9793 m5,1 N49,14689 ==γ 3 2 3 m/kgf3,998 s/m81,9 m/N9793 ==γ 1.4.3 Densidade relativa água substânciad ρ ρ = (3) Unidade: adimensional dágua = 1 dmercúrio = 13,6 Exemplo: Um reservatório de glicerina tem uma massa de 1.200 kg e um volume de 0,952 m3. Determine a densidade relativa da glicerina. 3 3 m/kg261.1 m952,0 kg200.1 ==ρ 261,1 m/kg000.1 m/kg261.1 d 3 3 == Exercício: Determine a massa e o peso específico do fluído armazenado em um reservatório com as dimensões de 20x20x20cm. Massa específica do fluído é 1,25 g/cm3. Resposta: massa = 10 kg; γ = 12.262,5 N/m3 1.4.4 Viscosidade - Propriedade que os fluídos têm de resistirem à força cisalhante; F V+dv V A dZ F V+dv V A F V+dv V A dZ Figura 1 – Representação da viscosidade. Prof. Dr. Rodrigo Otávio Rodrigues de Melo Souza - ICA/UFRA 11 Força de cisalhamento (F): dZ dV .A.F µ= (4) Em que: µ - coeficiente de proporcionalidade (viscosidade); dV – diferença de velocidade entre as duas camadas; dZ – distância entre as camadas; A – área. • Viscosidade Dinâmica