HIDR ULICA APLICADA 01

Prévia do material em texto

ENGENHARIA CIVIL 
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
DISCIPLINA: HIDRÁULICA APLICADA
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
EMENTA
COMPETÊNCIAS ESPECÍFICAS:
• Entender conceitos essenciais a serem utilizados em projetos de 
Obras Hidráulicas;
• Solucionar de problemas de Engenharia Hidráulica associados a 
escoamentos de líquidos em condutos forçados e livres;
• Projetar Redes de Distribuição de Água;
• Capacitar o aluno para concepção de Sistemas de Abastecimento de 
Água.
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
EMENTA
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO:
UNIDADE I 
• Orifícios, Bocais, Tubos Curtos;
• Vertedores, Canais;
• Perdas de Carga, Dimensionamento de Adutoras, Linhas de Recalque. 
UNIDADE II 
• Sistema de Bombeamento, Transientes Hidráulicos;
• Sistema de Abastecimento de Água: Concepção, Consumo de Água, 
Vazões de Projeto, Captação de Água, Estações Elevatórias, Estações 
de Tratamento de Água, Reservatórios, Redes de Distribuição de 
Água;
• Dimensionamento de Redes de Distribuição de Água.
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
BIBLIOGRAFIA
Bibliografia Básica: 
• AZEVEDO NETTO, Jose Martiniano de; VILLELA, Swami M. Manual de 
hidráulica. 7ª Ed. v.2. São Paulo: Edgard Blucher, 2005;
• TSUTIYA, M. T.. Abastecimento de Água. 4 ed. São Paulo. 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola 
Politécnica da Universidade de São Paulo, 2013.
Bibliografia Complementar: 
• SILVESTRE, Paschoal. Hidráulica geral. Rio de Janeiro: Livros Técnicos 
e Científicos, 2001GRIBBIN, John B. Introdução à hidráulica, 
hidrologia e gestão de águas pluviais. Traduzido por Glauco Peres 
Damas. São Paulo: Cenage Learning, 2009;
• BAPTISTA, M., LARA, M. Fundamentos da engenharia hidráulica. 
Editora UFMG, 2ª Ed., Belo Horizonte, 2003;
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
BIBLIOGRAFIA
Bibliografia Complementar: 
• NBR 12 211 – Estudos de Concepção de Sistemas Públicos de 
Abastecimento de Água(1992);
• NBR 12 213 – Projeto de Captação de Água de Superfície para 
Abastecimento Público(1992);
• NBR 12 214 – Projeto de Sistema de Bombeamento de Água para 
Abastecimento Público(1992);
• Projeto de Adutora de Água para Abastecimento Público (1991);
• NBR 12 217 – Projeto de Reservatório de Distribuição de Água para 
Abastecimento Público (1994);
• NBR 12 218 – Projeto de Rede de Distribuição de Água para 
Abastecimento Público (1994).
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
CONDUTOS LIVRES
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
DEFINIÇÃO : 
pressão atuante SOBRE O FLUIDO = pressão atmosférica.
Canal natural Canal artificial
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Seção ou área molhada (A): seção transversal
perpendicular à direção de escoamento que é
ocupada pelo líquido.
Perímetro molhado (P): comprimento da linha
de contorno relativo ao contato do líquido com
o conduto.
Largura superficial (B): Largura da superfície
líquida em contato com a atmosfera.
Profundidade (y): É a distância do ponto mais
profundo da seção do canal e a linha da
superfície livre.
Raio Hidráulico (Rh): É a razão entre a área
molhada e o perímetro molhado.
Profundidade hidráulica (yh): Razão entre a
área molhada (A) e a largura superficial (B).
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Variação da Pressão na Seção Transversal
• Diferentemente dos condutos forçados, em que a pressão é considerada
constante na seção transversal do conduto, no caso de escoamentos livres há
grande variação da pressão com a variação de profundidade.
• Considera-se que a distribuição de pressão na seção obedece a Lei de Stevin
(isto é pressão hidrostática).
a) Para I < 10%
Considera-se pressão aproximadamente igual 
a hidrostática
hPB .γ=
b) Para I > 10%
Deve-se levar em consideração o ângulo de 
inclinação (pressão pseudo-hidrostática)
θγ 2cos..hPB =
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Pressões em Escoamento Bruscamente Variado
• No caso em que a curvatura da linha de corrente no sentido vertical é
significativa, como p.ex. VERTEDORES, caracterizando um escoamento curvilíneo,
há alteração na distribuição hidrostática de pressões, devendo-se utilizar um fator
de correção para determinação da pressão do escoamento.
Escoamentos Curvilíneos
a) Escoamento Côncavo
Observa-se uma pressão 
adicional (∆P)
b) Escoamento Convexo
Observa-se uma subpressão (∆P) 
ou redução da pressão em 
relação à pressão estática
P’ = P + ∆P P’ = P - ∆P r
U
.
g
γh
∆P
2
=
P’ = pressão resultante corrigida
P = pressão hidrostática
γ = peso específico da água
g = aceleração da gravidade
U = velocidade média do escoamento
r = Raio de curvatura do fluido
Ex.
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Variação de Velocidade
• A distribuição de velocidades é não uniforme na seção transversal de
condutos livres devido ao atrito do líquido com o ar e com as paredes do
conduto.
• As velocidades aumentam da margem para o centro e do fundo para a
superfície.
2
8,02,0 UUU
+
=
4
2 6,08,02,0 UUUU
++
=
6,0UU =
ou
ou
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Isótacas
Canais artificiais Canais naturais
• Linhas de igual velocidade
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Energia Total na Seção Transversal de um Canal
• A energia correspondente a uma seção transversal (H) de um canal é dada
pela soma de três cargas: Cinética, Altimétrica e Piezométrica.
Energia Total
2g
U
 
2
α++= yZH
α - Coeficiente de 
Coriolis ~ 1.
1,0 < α < 1,1 – Esc. 
Turbulentos
1,03 < α < 1,36 – Esc. 
Livres
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Energia Específica
• A energia específica (E) representa a energia medida a partir do fundo do
canal para uma dada vazão (Q). Energia 
Específica
2
2
2:
A
QU
A
QUComo =∴=
2
2
2
:
gA
QyELogo +=
α = 1
Energia 
Potencial
Energia 
Cinética
2g
U
 
2
++= yZH
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Tipos de Escoamento
Escoamento laminar e turbulento
Existem dois tipos de escoamento a serem estudados: o escoamento laminar e
o escoamento turbulento.
Um escoamento é dito laminar quando suas linhas de fluxo apresentam-se
uniformes, correspondendo a uma influência maior da viscosidade;
Quando suas linhas de fluxo apresentam-se desordenadas, indicando uma
preponderância de forças de inércia, diz-se que este escoamento é turbulento.
Neste caso tem-se uma maior perda de carga.
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Tipos de Escoamento
Existem dois tipos de escoamento a serem estudados: o escoamento laminar e
o escoamento turbulento.
Um escoamento é dito laminar quando suas linhas de fluxo apresentam-se
uniformes, correspondendo a uma influência maior da viscosidade;
Quando suas linhas de fluxo apresentam-se desordenadas, indicando umapreponderância de forças de inércia, diz-se que este escoamento é turbulento.
Neste caso tem-se uma maior perda de carga.
Escoamento laminar e turbulento
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Tipos de Escoamento
Em 1883, o cientista Osborne Reynolds publicou um estudo acerca do
comportamento do escoamento dos fluidos e verificou que este
comportamento depende da viscosidade e da velocidade do fluido, da
rugosidade e do diâmetro da tubulação.
A denominação Número de Reynolds (Re) foi atribuída pelo cientista Sommerfel 
em 1908 e é descrito pela equação abaixo:
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Tipos de Escoamento
Tabela 1 – limites de escoamento para Reynolds
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Perda de Carga
•A perda de carga é a diminuição de energia que o fluido sofre ao longo do
percurso, até seu destino final. Ela é fruto do atrito entre as camadas de
fluido, quando o escoamento é laminar, e fruto das singularidades, como
estrangulamentos (orifícios de válvulas) e curvas;
•Por outro lado, quando o escoamento é turbulento, essa energia se perde
pelo movimento desordenado do fluido na tubulação;
•Esta última razão nem sempre se verifica porque as tubulações já são
dimensionadas para evitar o escoamento turbulento, a menos que o sistema
hidráulico esteja operando fora dos requisitos estabelecidos no projeto;
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Aqueduto Nilo Coelho- Petrolina/PE. Fonte : wikimapia
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Fonte: Ministério da Integração Nacional
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS LIVRES - CANAIS
Canal de Transposição do Rio São 
Francisco. Fonte: internet
ENGENHARIA CIVIL - HIDRÁULICA APLICADA
PROFESSOR: JOÃO PAULO BARBOSA
ESCOAMENTO DE FLUIDOS EM CONDUTOS 
LIVRES