Fundamentos da Engenharia Hidráulica

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ndamentos de 
genharia idrá lica 
3ª edição revista e ampliada 
2ª reimpressão 
BELO HORIZONTE I EDITORA 12014 
B222f 
© 2002, Márcia Maria Lara Pinto Coelho; Márcio Benedito Baptista 
© 2002, Editora UFMG 
© 2003, 2. ed. revista 
© 2006, 2. ed. revista - 1ª reimpr. 
© 201 O, 3. ed. rev. e ampl. 
© 2012, 3. ed. rev. e ampl. - 1 ª reimpr. 
Este livro ou parte dele não pode ser reproduzido por qualquer meio 
sem autorização escrita do Editor 
Baptista, Márcio Benedito 
Fundamentos de Engenharia Hidráulica/ Márcio Benedito Baptista, Márcia 
Maria Lara Pinto Coelho. - 3. ed. rev. e ampl. - Belo Horizonte : 
Editora UFMG, 201 O. 
473 p. - (lngenium) 
Inclui bibliografia. 
ISBN: 978-85-7041-828-9. 
1. Engenharia hidráulica 1. Coelho, Márcia Maria Lara Pinto li. Título Ili. Série. 
Elaborada pela CCQC - Central de Controle de Qualidade da Catalogação 
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CDU: 627.01 
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FORMATAÇÃO: Thiago Campos 
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( . .) impelir mangas de chuva que inundavam tudo e desciam do Curral, do Cruzeiro, escachando Afonso 
Pena abaixo, improvisando araguaias, pratas, amazonas, inventando niágaras, iguaçus, urubupungás e os 
trombo/hões, e baques das setequedas. (..) Quando a chuva parou e pararam as lufadas, as faíscas e os 
estrondos, continuou aquele gemido de águas correndo dentro da noite e descendo para encher o Arrudas, 
o rio das Velhas, o São Francisco e o Mar Oceano com cascalhos de diamante, ouro e ferro arrancado do 
flanco das Gerais (..). 
Pedro Nava 
SUMÁRIO 
17 Lista de símbolos 
23 Apresentação 
25 
25 
30 
32 
35 
35 
35 
37 
38 
43 
47 
47 
48 
49 
54 
56 
61 
64 
Capítulo 1 
A Engenharia Hidráulica 
1.1 Evolução histórica da Engenharia Hidráulica 
1.2 O panorama e escopo atual da 
Engenharia Hidráulica 
1 .3 Desafios e perspectivas 
Capítulo 2 
A mecânica dos fluidos na Hidráulica 
2.1 Introdução 
2.1.1 Sistemas de unidades 
2.1.2 Princípio da homogeneidade dimensional 
2.2 Propriedades físicas dos fluidos 
2.3 Classificação dos escoamentos 
2.4 Equações fundamentais do escoamento 
2.4.1 Equação da continuidade 
2.4.2 Equação da quantidade de movimento 
2.4.3 Equação de energia - Bernoulli 
2.5 Equação fundamental da Hidrostática 
2. 5. 1 Medidas de pressão 
2.5.2 Forças exercidas sobre superfícies 
planas submersas 
Problemas 
r---···--
Capítulo 3 
67 Escoamento em condutos forçados simples 
67 3.1 Perda de carga 
68 3.1.1 Perda de carga contínua 
75 3.1.2 Perda de carga com distribuição de 
água ao longo do percurso 
78 3.1.3 Perda de carga localizada 
85 3.2 Velocidades recomendadas 
85 3.3 Pré-dimensionamento de canalizações 
87 3.4 Traçado dos condutos 
91 3.5 Separação da coluna líquida e cavitação 
94 3.6 Introdução aos transientes hidráulicos 
96 Problemas 
7 Capítulo 4 
99 Escoamento em sistemas de condutos forçados 
99 4.1 Condutos equivalentes 
99 4.1.1 Condutos em série 
101 4.1 .2 Condutos em paralelo 
104 4.2 Condutos interligando reservatórios 
104 4.2.1 Problema dos três reservatórios 
106 4.2.2 Método do balanço das vazões 
112 4.3 Rede de distribuição de água 
113 4.3.1 Cálculo das redes ramificadas 
115 4.3.2 Cálculo das redes malhadas 
122 Problemas 
125 
125 
125 
128 
130 
131 
133 
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143 
144 
148 
151 
151 
153 
156 
158 
169 
170 
170 
Capítulo 5 
5.1 Introdução 
5.2 Descrição e condições gerais 
de instalação das turbinas 
5.2.1 Arranjo das instalações hidrelétricas 
5.2.2 Potencial hidráulico 
5.3 Descrição e condições gerais 
de instalação das bombas 
5.3.1 Instalação elevatória típica 
5.3.2 Parâmetros hidráulicos de 
uma instalação de recalque 
5.3.3 Dimensionamento econômico da tubulação 
5.4 Semelhança mecânica 
5.5 Velocidade específica 
Problemas 
Capítulo 6 
6.1 Curvas características das bombas 
6.1.1 Influência da rotação na curva 
característica da bomba 
6.1 .2 Influência do diâmetro do rotor na 
curva característica da bomba 
6.2 Curva da bomba versus curva do 
sistema de tubulação 
6.3 Operação de múltiplas bombas centrífugas 
6.3.1 Bombas em paralelo 
6.3.2 Bombas em série 
171 
172 
175 
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182 
187 
187 
189 
193 
198 
202 
205 
208 
211 
213 
216 
216 
218 
222 
222 
6.4 Cavitação 
6.4.1 Avaliação das condições de cavitação 
6.4.2 Margem de segurança 
6.4.3 Inconvenientes da cavitação 
Problemas 
Capítulo 7 
Características básicas dos escoamentos livres 
7. 1 Escoamentos livres e forçados 
7 .2 Parâmetros geométricos e 
hidráulicos característicos 
7 .3 Variação da pressão 
7.4 Variação da velocidade 
Problemas 
Capítulo 8 
Energia e controle hidráulico 
8.1 Regimes de escoamento 
8.2 O número de Froude 
8.3 Caracterização do escoamento crítico 
8.4 Ocorrência do regime crítico -
controle hidráulico 
8.5 Transições 
8.5.1 Transições verticais 
8.5.2 Transições horizontais 
8.5.3 Combinação de transições 
horizontais e verticais 
Problemas 
225 
226 
229 
230 
232 
236 
238 
238 
238 
242 
244 
246 
249 
249 
250 
252 
255 
256 
257 
258 
Capítulo 9 
9.1 Caracterização do escoamento uniforme 
9.2 Resistência ao escoamento -
fórmula de Manning 
9.3 Cálculo do escoamento uniforme 
9.3.1 Verificação do funcionamento hidráulico 
9.3.2 Dimensionamento hidráulico 
9.3.3 Seções circulares 
9.4 O coeficiente de rugosidade de Manning 
9.4.1 Determinação direta do coeficiente 
de rugosidade 
9.4.2 Estimativa do coeficiente de rugosidade 
9.4.3 Coeficientes de rugosidade para seções 
simples com rugosidade variável 
9.4.4 Coeficiente de rugosidade para 
seções compostas 
Problemas 
Capítulo 1 O 
Escoamento gradualmente variado 
10.1 Introdução 
10.2 Caracterização do escoamento 
gradualmente variado 
10.3 Análise das linhas d'água 
10.3.1 Canais com declividade fraca 
10.3.2 Canais com declividade forte 
10.3.3 Canais com declividade crítica 
10.3.4 Canais com declividade nula 
258 
259 
261 
267 
270 
273 
274 
275 
281 
283 
285 
287 
289 
289 
290 
292 
292 
295 
296 
297 
300 
10.3.5 Canais em aclive 
10.3.6 Conclusões 
10.4 Cálculo da linha d'água no escoamento 
gradualmente variado 
10.5 Cálculo em condições de vazão não definida 
Problemas 
Capítulo 11 
11.1 Caracterização do escoamento 
bruscamente variado 
11.2 O ressalto hidráulico 
11.2.1 Ressalto em canais retangulares horizontais 
11.2.2 Ressalto em canais com geometria 
não retangular 
11.2.3 Ressalto em canais inclinados 
11.3 Força específica 
Problemas 
Capítulo 12 
Princípios 
12.1 Introdução 
12.2 Escalas e dinâmica da configuração dossistemas fluviais 
12.3 Processos de formação do canal fluvial 
12.3.1 Transporte de sedimentos - Ciclo hidrosse­
dimentológico 
12.3.2 Características do leito fluvial 
12.3.3 Resistência ao escoamento 
12.3.4. Tensão de arraste 
12.3.5 Princípio do movimento -Ábaco de Shields 
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