Slide hidraulica FG

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HIDRÁULICA APLICADA
Prof. Clóvis Cunha
Princípios Básicos e Hidrostática
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• Segundo Houghtalen, A Palavra “Hidráulica” vem de duas palavras
•  gregas:
• Hydor = significa “água”
• Aulos = significa “tubos”
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• PORÉM, AO LONGO DOS ANOS...
• A DEFINIÇÃO DE HIDRÁULICA PASSOU DE UM SIMPLES
ESCOAMENTO EM TUBOS PARA REPRESENTAR, TAMBÉM, SISTEMAS
HIDRÁULICOS PARA ACOMODAR ÁGUA EM REPOUSO OU EM
MOVIMENTO.
• O QUE É PRESSÃO ATMOSFÉRICA?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
CADA GÁS POSSUI MASSA E
CONSEQUENTEMENTE PESO, POIS P = mg. O
PESO TOTAL DA COLUNA ATMOSFÉRICA GERA
UMA PRESSÃO SOBRE TODA SUPERFÍCIE QUE
ESTÁ EM CONTATO.
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
LOGO, PRESSÃO ATMOSFÉRICA
É A PRESSÃO RESULTANTE DA SOMA
 DE TODOS OS PESOS DOS
GASES PRESENTES NA ATMOSFERA +
A PRESSÃO DE VAPOR*
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• MOLÉCULA DE ÁGUA:
LIGAÇÃO QUÍMICA ESTÁVEL
A ENERGIA QUE
MANTÉM A MOLÉCULA
ESTÁVEL VARIA EM
FUNÇÃO DA
TEMPERATURA E DA
PRESSÃO.
• EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE ENERGIA PRESENTE NAS
MOLÉCOLAS, A ÁGUA PODE SE APRESENTAR NAS SEGUINTES FASES:
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
GERALMENTE, ESSAS FORMAS DISTINGUEM‐SE PELAS LIGAÇÕES ENTRE AS MOLÉCOLAS QUE AS COMPÕEM
OS SÓLIDOS TENDEM A MATER
A FORMA QUANDO SOFREM A
AÇÃO DE UMA FORÇA EXTERNA
LIGAÇÕES FRACAS. ALTA
COMPRESSIBILIDADE.
TOMAM A FORMA DO
RECIPIENTE. TENDEM A
EXPANDIR   INFINITAMENTE.
AS MOLÉCULAS TÊM FORÇA
SUFICIENTE PARA PREVINIR
UMA EXPANSÃO ILIMITADA,
MAS SEM FORÇA BASTANTE
PARA SE MATEREM NO
LUGAR. IMCOMPRESSÍVEL.
• PARA FAZER A ÁGUA PASSAR DE UMA FASE A OUTRA, É NECESSÁRIA
ADIÇÃO OU SUBTRAÇÃO DA ENERGIA DA ÁGUA. ESSA ENERGIA É
CONHECIDA COMO:
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
ENERGIA
LATENTE NOTA: A ENERGIA
LATENTE PODE SE
MANIFESTAR COMO
CALOR OU PRESSÃO!
• A CALORIA É UMA DAS FORMAS DE REPRESENTAÇÃO DA ENERGIA
TÉRMICA. ASSIM:
• É NECESSÁRIA 1 Cal PARA AUMENTAR EM 1°C A TEMPERATURA DE 1
g
• DE ÁGUA NO ESTADO LÍQUIDO.
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
TODOS OS LÍQUIDOS TEM UMA TENSÃO
SUPERFICIAL!!
COESÃ
O
ADESÃ
O
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
VOCÊ SABE O QUE
É CAPILARIDADE?
?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
SEGUNDO JONH E. GRIBBIN
• COMO FUNCIONA?
• NA ÁGUA:
• SE ADESÃO > COESÃO, O LÍQUIDO MOLHARÁ AS PAREDES DO TUBO
E SE ELEVA.
• NO MERCÚRIO:
• SE COESÃO > ADESÃO, O LÍQUIDO NÃO MOLHARÁ AS PAREDES DO
TUBO E O LÍQUIDO DESCE.
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
QUANTO MENOR O DIÁMETRO DO TUBO, MAIOR SERÁ A CAPILARIDADE!
• https://www.youtube.com/watch?v=atwWD3HS6Cc
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
TUBO 2 mm
TUBO 1,0 pol
• MASSA ESPECÍFICA:
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
?
• O QUE ACONTECE COM A MASSA ESPECÍFICA SE AUMENTARMOS A
TEMPERATURA?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
HAVERÁ UM AUMENTO NO VOLUME!
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
Ocorre uma reorganização das
 moléculas da água ao passar do estado
 líquido para o sólido
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
O QUE ACONTECE QUANDO
 O PESO ESPECÍFICO
AUMENTA
BRUSCAMENTE?
• SABENDO QUE:
• Massa específica = massa/volume;
•  tem‐se:
• 1º situação => Mesp = 50kg/5m³ = 10Kg/m³
• 2º situação=> se Mesp cair para 2 kg/m³ , significa dizer que o
Volume foi aumentado.
• 2 kg/m³ = 50kg/25m²
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PORTANTO A ÁGUA SE EXPANDE QUANDO SE CONGELA!!
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
 O QUE É VISCOSIDADE?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
É A RESISTÊNCIA DE UM FLUIDO
À TENSÃO DE CISALHAMENTO
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
VELOCIDADE NULA NA PLACA
INFERIOR
•  
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
•  
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
 
A EXPERIENCIA TAMBÉM MOSTRA QUE:
OU
E FINALMENTE, COLOCANDO UMA
CONSTANTE DE PROPORCIONALIDADE,
TEM‐SE:
INVERSAMENTE PROPORCIONAL
 
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
VISCOSIDADE ABSOLUTA
A VISCOSIDADE ABSOLUTA É
MEDIDA EM  Kgxs/m²,
POR EXEMPLO!
• AINDA EXISTE A VISCOSIDADE CINEMÁTICA, DADA POR:
• V. CINEMÁTICA = V. ABSOLUTA/DENSIDADE (DADA EM m²/s)
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• EXERCÍCIO 01
• A VISCOSIDADE DE UM FLUIDO SERÁ DETERMINADA COM O USO DE
UM VISCOSÍMETRO DE PLACAS PARALELAS. A ÁREA DAS PLACAS É DE
0,015m², E A SEPARAÇÃO ENTRE AS PLACAS É DE 2,10 cm. UMA
FORÇA DE 0,009N MOVE A PLACA SUPERIOR A UMA VELOCIDADE DE
1,8 m/s. QUAL É A VISCOSIDADE ABSOLUTA?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• EXERCÍCIO 02
• UM LÍQUIDO TEM UMA VISCOSIDADE ABSOLUTA DE 2,4x10^‐3 NS/m². SEU PESO
ESPECÍFICO É DE 7,85x10^3 N/m³. QUAL É A SUA VISCOSIDADE CINEMÁTICA?
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
PRINCÍPIOS FUNDAMENTAIS DA
HIDRÁULICA
• EXERCÍCIO 03
• UM PRATO PLANO PESANDO 220 N DESLIZA PARA BAIXO A UMA INCLINAÇÃO DE
15° COM VELOCIDADE 2,5 cm/s. UM FILME FINO DE ÓLEO COM VISCOSIDADE DE
1,29 Ns/m² SEPARA O PRATO DA RAMPA. CONSIDERANDO QUE O PRATO MEDE
50 cm x 75 cm, CALCULE A ESPESSURA DO FILME EM cm.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
O QUE É
HIDROTÁTICA?
• O TERMO HIDROSTÁTICA REFERE‐SE AO
ESTUDO DA ÁGUA EM REPOUSO.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• “LEI DE PASCAL: EM QUALQUER PONTO NO INTERIOR DE UM
LÍQUIDO EM REPOUSO, A PRESSÃO É A MESMA EM TODAS AS
DIREÇÕES”
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
F
1
F
2
 
PRENSA HIDRÁULICA
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• Observe, na figura a seguir, a representação de uma prensa hidráulica, na qual
as forças F1 e F2 atuam, respectivamente, sobre os êmbolos dos cilindros I e II.
Admita que os cilindros estejam totalmente preenchidos por um líquido. O
volume do cilindro II é igual a quatro vezes o volume do cilindro I, cuja
altura é o triplo da altura do cilindro II. A razão entre as intensidades das
forças F2e F1, quando o sistema está em equilíbrio, corresponde a ?
• A figura a seguir mostra, de forma simplificada, o sistema de freios a disco de um automóvel. Ao
pressionar o pedal do freio, este empurra o êmbolo de um primeiro pistão, que, por sua vez, por
meio do óleo do circuito hidráulico, empurra um segundo pistão. O segundo pistão pressiona
uma pastilha de freio contra um disco metálico preso à roda, fazendo com que ela diminua sua
velocidade angular.
Considerando o diâmetro d2 do segundo pistão duas vezes maior que o diâmetro d1 do primeiro, qual a
razão entre a força aplicada ao pedal de freio pelo pé do motorista e a força aplicada à pastilha de freio?
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• A ÁGUA EXERCE PRESSÃO PERPENDICULAR ÀS SUPERFICIES DE UM
RECIPIENTE.
• A PRESSÃO EM QUALQUER PONTO NA ÁGUA EM REPOUSO É IGUAL
EM TODAS AS DIREÇÕES.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
SEJA UMA SUPERFÍCIE COM UMA
 ÁREA A, A UMA DISTÂNCIA Z,
CONFORME A FIGURA AO LADO
O PESO DE UMA COLUNA DE ÁGUA
ACIMA DA SUPERFÍCIE EQUIPARA‐SE
A FORÇA EXERCIDA.
 
E  
AJUSTANDO, TEM‐SE:
E SABENDOQUE V = ZA
 
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
A PRESSÃO NÃO DEPENDE DO VOLUME DO RECIPIENTE
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
QUANTO MAIOR FOR A PROFUNDIDADE (z),
MAIOR SERÁ A PRESSÃO!
• FORÇAS HIDROSTÁTICAS SOBRE SUPERFÍCIES PLANAS SUBMERSAS
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
 
I0 = MOMENTO DE INÉRCIA
A = ÁREA DA SUPERFÍCIE
Y = CENTRO DE GRAVIDADE
  = h + y
 
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 01: UMA COMPORTA VERTICAL TRAPEZOIDAL COM
EXTREMIDADE SUPERIOR LOCALIZADA 5 m ABAIXO DA SUPERFÍCIE LIVRE DA
ÁGUA É MOSTRADA NA FIGURA ABAIXO. DETERMINE A FORÇA DE PRESSÃO
TOTAL E O CENTRO DE PRESSÃO NA COMPORTA.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 02: NUMA BARRAGEM DE CONCRETO ESTÁ
INSTALADA UMA COMPORTA CIRCULAR DE FERRO COM 0,20 m DE RAIO, À
PROFUNDIDADE INDICADA. CALCULE A FORÇA HIDROSTÁTICA E O CENTRO DE
PRESSÃO.
• APLICAÇÃO: CÁLCULO DE BARRAGENS E MUROS DE RETENÇÃO
• DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO TRIANGULAR (CALCULA‐SE A ÁREA DO TRIANGULO DE PRESSÃO x A
LARGURA)
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 03: SEJA UMA BARRAGEM TRIANGULAR
FEITA EM CONCRETO, Y’ = 2400 Kgf/m³, COM ALTURA h = 8,0 m e
COMPRIMENTO c = 10,00 m, CALCULE:
• A) A FORÇA HIDROSTÁTICA APLICADA PELA ÁGUA
• B) O CENTRO DE PRESSÃO (PONTO DE APLICAÇÃO DA FORÇA)
• C) A LARGURA PARA QUE A BARRAGEM RESISTA AO TOMBAMENTO.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• EMPUXO SOBRE SUPERFÍCIES CURVAS
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
AS FORÇAS DEVEM ESTAR EM
EQUILÍBRIO!
• EXEMPLO DE APLICAÇÃO 04 – DETERMINE A PRESSÃO HIDROSTÁTICA TOTAL E O CENTRO DE PRESSÃO NO
QUADRANTE DA COMPORTA QUE MEDE 5 m DE COMPRIMENTO E 2 m DE ALTURA.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• EXEMPLO DE APLICAÇÃO 06 – A ABERTURA CURVA DE 10 m DE COMPRIMENTO MOSTRADA NA FIGURA
ABAIXO CONTÉM UM VOLUME DE ÁGUA COM 6 m DE PROFUNDIDADE EM UM TANQUE DE
ARMAZENAMENTO. DETERMINE A MAGNITUDE E A DIREÇÃO DA FORÇA HIDROSTÁTICA TOTAL SOBRE A
ABERTURA. A FORÇA PASSA PELO PONTO A? EXPLIQUE.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
Sergio Fonseca
Questao feita em sala no caderno dia 12/03
• MANOMETRIA
• UM MANÔMETRO É UM DISPOSITIVO PARA MEDIÇÃO DE PRESSÃO.
ELE COSTUMA SER UM TUBO NO FORMATO DE “U” QUE CONTÉM
UM FLUIDO DE GRAVIDADE ESPECÍFICA DESCONHECIDA.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
• TIPOS DE MANÔMETROS:
MANÔMETRO ABERTO MANÔMETRO DIFERENCIAL
MEDE A DIFERENÇA DE PRESSÃO
ENTRE OS DOIS COMPARTIMENTOS.
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
 
PRESSÃO NO PONTO 2 PRESSÃO NO PONTO 1
IGUALDADE DE PRESSÕES!
LOGO, TEM‐SE QUE:
 
FUNDAMENTOS DA HIDROSTÁTICA
QUAL A PRESSÃO NO PONTO A?
Peso Específico do mercúrio =
13,6 N/m³
1 2
P1 = P2 + PA PA = P1 + P2
PA = (0,40 x 13,6) – (0,30 x 9,8) =