HIDRÁULICA Aulas

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

HIDRÁULICA
Prof. Antonio de Padua Gouvêa Pascini
<número>
ASSUNTOS ABORDADOS
Princípios Básicos
 Evolução, propriedades dos fluídos
 Análise e homogeneidade dimensional
 Previsão de fórmulas.
Hidrostática
 Pressões, pressões atmosférica, empuxos
 Leis de Pascal e Stevin
 Equilíbrio dos corpos flutuantes.
Hidrodinâmica
 Teorema de Bernoulli,
 Orifícios, bocais e tubos curtos
 Vertedores triangulares, de paredes espessas e proporcionais
 Escoamento em tubulações, perda de carga.
 
 
 
Estações Elevatórias
Bombas e Linha de Recalque
Golpe de Aríete, Transiente Hidráulico.
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
AZEVEDO, Neto, José Maria – Manual de Hidráulica. 8ª
ed. São Paulo: Edgard Blucher.
FRANCO, B. Mecânica dos Fluídos - 2ª ed. São Paulo:
Grupo Pearson, 2010.
GRIBBIN, John E. Introdução a Hidráulica, Hidrologia e
Gestão de Águas Pluviais: Cengage Learning, 2009.
WHITE, M. Frank, Mecânica dos Fluídos – Fundamentos e
Aplicações – Rio de Janeiro: Mcgraw Hill, 2007.
CAPITULO I - CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1. Mecânica dos Fluídos
A mecânica dos fluidos trata do comportamento dos fluídos
em repouso ou em movimento e das leis que regem este
 comportamento. 
Áreas de aplicação na Engenharia
Ação de fluidos sobre superfícies submersas, ex.: barragens; 
Equilíbrio de corpos flutuantes, ex.: embarcações; 
Ação do vento sobre construções civis; 
Estudos de lubrificação, ex. máquinas e motores;
Transportes de sólidos por via pneumática ou hidráulica;
Cálculo de instalações hidráulicas, ex.: instalação de recalque; 
Cálculo de máquinas hidráulicas, ex.: bombas e turbinas; 
 Instalações de vapor, ex.: caldeiras; 
 Ação de fluidos sobre veículos – aerodinâmica. 
1.2. Fluído
Pode-se definir fluido como uma substância que se defor-
ma continuamente, isto é, escoa, sob ação de uma força
tangencial por menor que ela seja. 
Líquidos é aquela substância que adquire a forma do reci-
piente que a contém possuindo volume definido e, é prati-
camente, incompressível.
Gás é a substância que ao preencher o recipiente não for-
ma superfície livre e não tem volume definido, além de
serem compressíveis. 
Força tangencial agindo sobre um fluído
 
1.2.1. Relações entre Massa e Volume de um Fluído
Massa especifica : 
 É a relação entre a massa de uma substância e o volume
ocupado por ela.
 
Gás Líquido
 
 
 
 m = massa do fluído
 V = volume do fluido
 unidade SI kg/m³
Peso Específico
É a relação entre o peso de uma substância e o volume
ocupado por ela.
 G = peso do fluido
 V = volume do fluido
 unidade SI N/m³
 
 
Peso Específico Relativo 
É a relação entre a peso específico de um fluido compara-
do com o peso específico da água. 
É um número puro, adimensional.
 
Massa Específica Relativa
É a relação entre a massa específica de fluído com a mas-
sa específica da água.
 
1.2.2. Propriedades dos Fluidos
Viscosidade
É a propriedade dos fluidos que caracteriza a resistência 
ao escoamento.
A água escoa com mais facilidade que um óleo lubrificante.
Sua importância esta relacionada a perda de energia duran
te o escoamento do fluído (perda de carga).
b) Coesão
É uma pequena força de atração entre as moléculas do
próprio líquido (atração eletroquímica).
A formação da gota d’água é devida à coesão.
Essa propriedade permite às moléculas de um fluido a resistirem
a pequenos esforços de tensão.
 
c) Adesão
Adesão é a atração entre moléculas diferentes. Quando
um líquido está em contato com um sólido, a atração exer-
cida pelas moléculas do sólido pode ser maior que atração
existente entre as moléculas do próprio líquido (coesão).
d) Tensão Superficial e Capilaridade 
Na superfície de contato entre dois fluidos não micíveis,
(fluidos que não se misturam, como por exemplo: água e
óleo), forma-se uma película elástica capaz de resistir a
pequenos esforços. A tensão superficial é a força de
coesão necessária para formar a película.
e) Capilaridade
As propriedades de adesão, coesão e tensão superficial
são responsáveis pelo fenômeno da CAPILARIDADE, que
é a elevação (ou depressão) de um líquido dentro de um
tubo de pequeno diâmetro. 
f) Compressibilidade
É a propriedade dos fluídos de diminuírem seus volumes
quando submetidos a pressões.
Os líquidos são pouco compressiveis.
g) Solubilidade dos Gases
Os gases são solúveis nos líquidos.
h) Pressão de Vapor ou Tensão de Vapor
Pressão de vapor ou tensão de vapor corresponde ao va-
lor da pressão na qual o líquido passa da fase líquida para
a fase gasosa. 
Implicações:
Mudança na temperatura de ebulição da água.
Cavitação limita as alturas de sucção das bombas de
Recalque.
PRESSÃO
É a força exercida por unidade de área.
 P = F / A
Unidades de Pressão
Sistema Internacional de unidades
F = 1N A = 1 m² Pa
Pressão Atmosférica
É a força exercida pelo ar atmosférico sobre a superfície
da terra. 
Unidade de Pressão Atmosférica
1 atm é igual à pressão que é exercida sobre sua base por
uma coluna de mercúrio de 760 mm de Hg.
Outras unidades utilizadas
Kg/cm² 
Psi (pound square inch), libra por polegada quadrada.
1lb = 0,454 kg
1pol = 2,54 cm
RELAÇÕES ENTRE UNIDADES DE PRESSÃO
1 mmHg = 133 N/m²
1atm = 1,01 x 105 N/m² 
1 atm = 1 kgf/cm²
1 kgf/cm² = 14,2 lb/pol²
1 Pa = 1N/m² 
1kgf/cm² = 105 N/m²
1 atm = 1,01325 × 105 Pa (Pascal)
1 atm = 1013,25 hPa (Hectopascal)
1 atm = 1,033 kgf/cm² (Quilograma-força por centímetro quadrado)
1 atm = 1,01325 bar
1 atm = 14,6959487755 psi (libra por polegada quadrada)
1 atm = 760 mmHg (milímetro de mercúrio)
1 atm = 29,92126 polHg (polegada de mercúrio)
1 atm = 10,1797339656 mca (metro de coluna de água - mH20)
ESCOAMENTO EM ENCANAMENTOS E CONDUTOS
DEFINIÇÕES
Encanamento
Constituído por um ou vários tubos destinados ao transporte de
fluídos (líquidos e gases).
Adutoras, oleodutos, gasodutos etc.
Condutos
São dispositivos de forma geométrica definida destinados ao
transporte de líquidos.
Cursos d’agua, canais, galerias, aquedutos livres etc.
Muitas vezes estas palavras são tomadas co sinônimo.
Conduto Forçado
Chamamos de conduto forçado ao conduto no qual o líquido
escoa sob pressão diferente da pressão atmosférica.
A canalização funciona sempre totalmente cheia e o conduto é
sempre fechado.
Conduto Livre
São condutos que apresentam em qualquer ponto da sua super
fície livre pressão igual a pressão atmosférica.
Os condutos livres operam sempre por gravidade.
Linhas e Tubos de Corrente
De um líquido são linhas orientadas segundo a velocidade do lí-
quido e possuem a propriedade de não serem atravessadas por
Partículas do fluído.
REGIMES DE ESCOAMENTO
Tipos de Regimes de Escoamento
Regime Laminar ou Lamelar
As trajetórias das partículas em movimento são bem definidas e
não se cruzam.
Regime Turbulento
Se caracteriza pelo movimento desordenado das partículas.
Número de Reynolds
É um número adimensional utilizado na caracterização do regime
de escoamento a que um líquido está submetido. 
R número de Reynolds
V velocidade de escoamento do fluído (m/s)
D diâmetro da canalização (m)
 viscosidade cinemática (m²/s).
Se R < 2000 o escoamento é laminar
Se 2000 < R < 4000 zona de limite entre laminar e turbulento 
Se R > 4000 o escoamento será turbulento
PERDA DE CARGA
Definição
É a perda de energia que ocorre quando um fluído escoa através 
de uma canalização.
Esta perda é devida ao atrito interno existente entre as partícu-
las constituindes do fluído (viscosidade) e ao atrito do fluído con
tra as paredes da canalização na qual ele escoa.
Classificação das Perdas de Carga
Perda de carga
ao longo da tubulação;
Perda de carga locais, localizadas ou acidentais (conexões) 
Perdas de Carga ao longo das Canalizações
Fatores Intervenientes
Resistência ao escoamento
Diretamente proporcional ao comprimento da canalização;
Inversamente proporcional a uma potência do diâmetro;
Função de uma potência da velocidade;
Variável com a natureza das paredes dos tubos;
Independe da posição do tubo;
Independe da pressão interna sob a qual o líquido escoa.
 
Fórmula de Darcy e Weisbach ou fórmula universal de perda
de carga
hf – perda de carga (m)
f – Coeficiente de atrito (tabelado)
L – comprimento da tubulação (m)
V – velocidade média (m/s)
D – diâmetro da canalização (m)
g – aceleração da gravidade (m) 
Natureza das Paredes dos Tubos: Rugosidade
Fatores de Influência
Material empregado na fabricação dos tubos;
Processo na fabricação dos tubos;
Comprimento dos tubos e número de juntas;
Estado de conservação das paredes dos tubos;
Tipo de revestimento dos tubos;
Emprego de medidas protetoras durante o funcionamento.
Agentes prejudiciais 
Oxidação seguido por corrosão;
Deposição progressiva de substâncias contidas nas águas, cau-
sando – incrustações - diminuindo a seção de vazão.
Diagrama de Rouse e Moody