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ESCOLA DE MINAS/UFOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CIV225 – HIDRÁULICA II Prof. Gilberto Queiroz da Silva � Teoria e Exercícios Prof. Paulo Damasceno Carvalho � Práticas de Laboratório PLANO DE ENSINO 2º Semestre 2011 Disciplina do 6º Período, 3 créditos, obrigatória 45 horas de aulas = 30 T + 15 P 1. - GENERALIDADES 1.1 - Apresentação do plano de Ensino 1.2 - Objetivos do curso � Estudar os escoamentos de fluidos com superfície livre, a hidrometria, � os medidores de regime crítico e � os orifícios, bocais e vertedores. Qual a proposta da disciplina Hidráulica II? � Fornecer os fundamentos teóricos e práticos do escoamento em orifícios, bocais, vertedores, da hidrometria e dos escoamentos e em condutos livres (rios e canais). 1. - GENERALIDADES • Onde queremos chegar? �Estudar, projetar, dimensionar e controlar estruturas hidráulicas que: �Conduzam água limpa e suja �Melhorem as condições de escoamento (drenagem urbana e controle de cheias) �Preservem e garantam água em quantidade e qualidade adequadas para a população 1. - GENERALIDADES 1.3 - Conteúdo do curso: �� Estudo do escoamento em condutos livres:Estudo do escoamento em condutos livres: �� Generalidades;Generalidades; ��Movimento uniforme;Movimento uniforme; �� Energia EspecEnergia Especíífica;fica; ��Movimentos gradualmente variado e Movimentos gradualmente variado e bruscamente variado;bruscamente variado; �� HidrometriaHidrometria:: ��Medidores de regime crMedidores de regime críítico;tico; �� OrifOrifíícios, bocais e cios, bocais e vertedoresvertedores;; �� ExercExercíícios de aplicacios de aplicaççãoão �� PrPrááticas de laboratticas de laboratóório e de campo.rio e de campo. 2. METODOLOGIA � Aula expositiva, quadro negro, transparências e data show; � Aula de exercícios; � Aula prática de laboratório. 3. CRITÉRIO DE AVALIAÇÃO Provas e relatórios de trabalhos práticos Média: M = (N1 + N2) / 2 N1 = 0,9 * P1 + 0,1 * T1 � Primeira nota N2 = 0,9 * P2 + 0,1 * T2 � Segunda nota P1 = nota primeira prova e P2 = nota Segunda prova T1 e T2 = notas do 1o. e 2o. trabalhos práticos 1ª Prova: 20/10/2011, quinta feira, às 13h 30min 2ª Prova: 15/12/2011, quinta feira, às 13h 30min 4. CRONOGRAMA � 54 aulas, sendo 30 aulas teóricas, 15 aulas práticas e 9 aulas para avaliação � Aulas teóricas e de exemplos: vide programa da disciplina � Aulas práticas e de laboratório: vide programa da disciplina Tudo conforme detalhado no plano de Ensino disponível em http://www.em.ufop.br, botão DECIV, área do Professor 5. BIBLIOGRAFIA Básica: 1. Hidráulica Básica - Rodrigo de Melo Porto – EESC/USP 2. Manual de Hidráulica – Vol. I - Azevedo Netto, J. M. e Alvarez, G. A. 3. Manual de Hidráulica – Vol. II - Azevedo Netto, J. M. e Alvarez, G. A. 4. Fundamentos de Sistemas de Eng. Hidráulica - Hwang , Ned H. C. 5. Curso de Hidráulica - Neves, E. Trindade 6. Fundamentos de Eng. Hidráulica - Márcio Baptista e Márcia Lara 7. Hidráulica Geral - Lencastre , Armando 8. Hidráulica Geral – Silvestre, Paschoal 9. Curso de Hidráulica Geral - Pimenta , Carlito F. 5. BIBLIOGRAFIA Complementar: 10. Fluid Mechanics with Engineering Applications - Daugherty, Franzini & Finnemore 11. Hidráulica - Quintela, A. C 12. Open-Channel Hydraulics - Ven Te Chow 13. Open Channel Flow - F. M. Henderson Dúvidas? Chamada no início, meio ou final da aula Registrar presentes Histórico de Aprovações 2011-1 29 matriculados 72,4% aprovados 27,6% reprovados por nota 0,0% reprovados por freqüência Recomendação: Estudo semanal mínimo de 3 horas Então ... Vamos Começar? CIV225 – HIDRÁULICA II Introdução ao Curso hidrhidrááulica significa conduulica significa conduçção de ão de áágua. gua. Do grego: Do grego: hhÿÿdordor = = áágua e gua e aulosaulos = condu= conduçção, tubo.ão, tubo. Significado Atual:Significado Atual: muito mais geral,muito mais geral, pois trata do estudo do comportamento dos pois trata do estudo do comportamento dos llííquidos (em especial da quidos (em especial da áágua) em repouso ou gua) em repouso ou em movimento.em movimento. Divisões da Hidráulica �� Segundo o professor Azevedo Neto a Segundo o professor Azevedo Neto a HidrHidrááulicaulica se divide em:se divide em: �� HidrHidrááulica Geralulica Geral (ou Te(ou Teóórica) e rica) e �� HidrHidrááulica Aplicadaulica Aplicada (ou (ou HidrotHidrotéécnicacnica).). �� A A HidrHidrááulica Geralulica Geral, para efeitos de estudos, divide, para efeitos de estudos, divide--se em:se em: �� HidrostHidrostáática e tica e �� HidrodinâmicaHidrodinâmica.. �� A A HidrHidrááulica Aplicadaulica Aplicada dividedivide--se em:se em: �� HidrHidrááulica Urbana (Sistemas de Abastecimento de ulica Urbana (Sistemas de Abastecimento de ÁÁgua, gua, Esgotos SanitEsgotos Sanitáários, Galerias de rios, Galerias de ÁÁguas Pluviais e Drenagem guas Pluviais e Drenagem Urbana), Urbana), �� HidrHidrááulica Rural ou Agrulica Rural ou Agríícola (Irrigacola (Irrigaçção e drenagem agrão e drenagem agríícola), cola), �� HidrHidrááulica Fluvial (rios e canais), ulica Fluvial (rios e canais), �� HidrHidrááulica Marulica Maríítima (portos e obras martima (portos e obras maríítimas), timas), �� InstalaInstalaçções Hidrões Hidrááulicas Industriais e ulicas Industriais e �� TTéécnica Hidrelcnica Hidreléétrica.trica. Escoamento livre x forçado Escoamento livre: fluido em contato com o ar, sujeito à pressão atmosférica Escoamento forçado: ocorre no interior das tubulações, sem contato com a atmosfera. Canal Pereira Barreto Rio Paraná Adutoras Aplicações na engenharia civil: �Saneamento �Drenagem urbana � Irrigação �Navegação �Hidroeletricidade �Conservação do meio ambiente Escoamentos com superfície livre:Exemplos 1 Canal Pereira Barreto Rio Paraná Artificial Natural Escoamentos com superfície livre: Exemplos 2 Modelo Barragem Campim Branco Escada Peixe - UHE Santo Antônio Escoamentos com superfície livre: Exemplos 3 Modelo Barragem Anta/Simplício Barragem Anta/Simplício: em construção Escoamentos com superfície livre: aplicações 1 Canal com enrocamento no AHE de Anta/Simplício Escoamentos com superfície livre: aplicações 2 Canal escavado em montanha no AHE Anta/Simplício Escoamentos com superfície livre: aplicações 3 Rio: canal natural Rio São Francisco, MG Escoamentos com superfície livre: aplicações 4 Canal de Transposição das águas do Rio São Francisco Escoamentos com superfície livre: aplicações 5 Canal Transposição das águas do Rio São Francisco Escoamentos com superfície livre: aplicações 6 Aqueduto Águas Livres – Lisboa, Portugal Escoamentos com superfície livre: aplicações Aqueduto Pont du Guard, possui 2.000 anos, fica em Nimes, França Escoamentos com superfície livre: aplicações 8 Canal de adução: utilizado para o transporte de água às estações de tratamento e às turbinas para geração de energia Escoamentos com superfície livre: aplicações Canal de adução à casa de bombas do sistema de irrigação do Baixo Nilo, Egito Canal de irrigação Escoamentos com superfície livre: aplicações 9 Retificação e revestimento de calhas de rios: Rio Tietê, São Paulo Escoamentos com superfície livre: aplicações Canalização de rios e galerias Escoamentos com superfície livre: aplicações Galeria de esgoto, canalização destinada a conduzir água suja e dejetos para locais afastados. Escoamentos em Canais: Princípios Básicos PRINCÍPIOS BÁSICOS �Definição �Linha de Energia �Tipos de Escoamento �Geometria dos Canais �Distribuição da Velocidade Escoamento livre x forçado Escoamento livre Escoamento forçado•Tubulação completamente fechada • Área circular preenchida completamente pelo líquido • Líquido exerce pressão diferente da atmosférica • Escoamento se estabelece por gravidade ou bombeamento •Sempre existe um superfície livre sujeita à pressão atmosférica •Seção pode ser fechada ou aberta •Escoamento se processa principal- mente pela força da gravidade devida à declividade ao longo do canal •Distribuição hidrostática de pressão Escoamento em canais é mais difícil de estudar? � Rugosidade das paredes � Geometria da seção (área, perímetro, altura d’água) � Responsabilidade técnica Apesar da hipotética semelhança, os escoamentos livres são mais complexos e com resolução mais sofisticada, pois as variáveis são interdependentes, com variação no tempo e no espaço. Escoamento livre: Escoamento forçado: Linha do eixo da tubulação e plano horizontal de referência (conduto forçado) z1 z2Plano Horizontal de Referência 1 2 Eixo da tubulação Linha do eixo da tubulação e linha piezométria (conduto forçado) z1 z2 γ 1P γ 2P Plano Horizontal de Referência Linha piezométrica 1 2 Eixo da tubulação Linha piezométria e linha de energia (conduto forçado) z1 z2 γ 1P γ 2P g V 2 2 1 g V 2 2 2 Plano Horizontal de Referência Linha piezométrica Linha de energia 1 2 Eixo da tubulação Linha piezométria, linha de energia, plano de carga efetivo e perda de carga (conduto forçado) z1 z2 γ 1P γ 2P g V 2 2 1 g V 2 2 2 hL Plano Horizontal de Referência Linha piezométrica Linha de energia Plano de Carga Efetivo 1 2 Eixo da tubulação Linha do fundo do canal (conduto livre) i z1 z2 Plano Horizontal de Referência 1 2 Fundo do canal Linha do fundo do canal e linha piezométria (conduto livre) i z1 z2 h1 h2 Linha piezométrica (Nível d’água) Plano Horizontal de Referência 1 2 Fundo do canal Linha piezométrica e linha de energia (conduto livre) i z1 z2 h1 h2 g V 2 2 1 g V 2 2 2 Linha piezométrica (Nível d’água) Linha de energia Plano Horizontal de Referência 1 2 Fundo do canal Linha piezométrica, de energia, plano de carga efetivo e perda de carga (conduto livre) i z1 z2 h1 h2 g V 2 2 1 g V 2 2 2 Linha piezométrica (Nível d’água) Linha de energia hL Plano Horizontal de Referência Plano de Carga Efetivo 1 2 Fundo do canal Tipos de Escoamento em Condutos Livres �O escoamento em canais podem ser classificados segundo o critério do tempo e da distância TEMPO POSIÇÃO Permanente (Estacionário) Não-permanente (Variável) Uniforme Não-uniforme (Variado) Profundidade e Velocidade variam ou não com o tempo e/ou com a Posição Escoamento Escoamento Permanente Permanente hV A profundidade do líquido e a velocidade em um local qualquer PERMANECEM CONSTANTE com o tempo Escoamento Escoamento NãoNão--Permanente Permanente hV Em uma determinada seção, a vazão e a profundidade VARIAM com o tempo Escoamento Uniforme h h V V V e h permanecem as mesmas em qualquer seção ao longo do canal Escoamento Não-uniforme (Variado) Rio Tietê, reservatório de Ibitinga V e h variam ao longo do canal Revestimento Canal trapezoidal sem revestimento Canal retangular com revestimento Dúvidas ?? 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