Hidraulica - apresentação

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CAP. 01
INTRODUÇÃO À HIDRÁULICA
Prof. Fabiano da Veiga
HIDRÁULICA
• Etimologia – do grego
– Hydor – água
– Aulos – tubo, condução
• O significado atual é mais amplo
• Estudo do comportamento da água e de outros líquidos, quer
em repouso, quer em movimento
• É responsável pelo conhecimento das leis que regem o
transporte, a conversão de energia, a regulação e o controle
do fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão,
temperatura, viscosidade, etc).
HIDRÁULICA – SUBDIVISÕES
• HIDRÁULICA GERAL OU TEÓRICA
– Hidrostática – fluídos em repouso ou em equilíbrio
– Hidrodinâmica – refere-se às velocidades, às acelerações 
e às forças que atuam em fluídos em movimento
• HIDRÁULICA APLICADA OU HIDROTÉCNICA
– Aplicação prática dos conhecimentos acima. 
– Exemplos de áreas de atuação
SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
SISTEMA DE IRRIGAÇÃO
INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA
GERAÇÃO DE ENERGIA
BARRAGENS
VERTEDORES / EXTRAVASORES
CANAIS
• 3750 A.C. – Mesopotâmia – canais de irrigação (Rios Tigres e Eufrates)
• 2500 A.C – Egito – irrigação e lago artificial (Rio Nilo)
• 691 A.C. – Assíria – primeiro sistema público de abastecimento
• 250 A.C. – Grécia – princípios da Hidrostática – Arquimedes
• 150 A.C – Roma - Aquedutos
UM POUCO DE HISTÓRIA
EVENTOS HISTÓRICOS
NO BRASIL
• 1723 – Primeiro sistema de abastecimento de água – Rio de Janeiro / RJ
• 1864 – Primeira cidade com rede de esgotos – Rio de Janeiro / RJ
• 1883 – Primeira hidrelétrica para mineração – Diamantina / MG
• 1889 – Primeira hidrelétrica para abastecimento – Juiz de Fora / MG
– Usina de Marmelos, inaugurada em 05/09/1889, 
com potência de 3x 125 kW
– Como referência => Usina de Itaipu – 14 GW
USINA DE MARMELOS
DIMENSÕES FUNDAMENTAIS E SUAS UNIDADES
UNIDADES DERIVADAS
NOÇÕES SOBRE CONVERSÃO DE UNIDADES
FLUÍDOS – DEFINIÇÕES
• FLUÍDOS são substâncias ou corpos cujas moléculas ou
partículas têm a propriedade de se mover, umas em relação
às outras, sob a ação de forças de mínima grandeza (Azevedo
Netto)
• FLUÍDO é a substância que se deforma continuamente sob a
ação de uma tensão cisalhante (tangencial), por menor que
seja a tensão de cisalhamento aplicada (Potter/Wiggert).
• Os sólidos e os fluídos apresentam comportamentos
diferentes quando submetidos a uma tensão cisalhante, pois
as forças de coesão internas são grandes nos sólidos e muito
pequena nos fluídos.
LÍQUIDOS X GASES
• Têm uma superfície livre, e uma
determinada massa, a uma mesma
temperatura, ocupa só um determinado
volume de qualquer recipiente em que
caiba. São pouco compressíveis e resistem
pouco a trações e muito pouco a esforços
cortantes.
• Quando colocados em um recipiente,
ocupam todo o volume, independente de
sua massa ou do tamanho do recipiente. São
altamente compressíveis e de pequena
densidade, relativamente aos líquidos.
PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS
• Massa específica, densidade e peso específico
• Compressibilidade
• Elasticidade
• Viscosidade
• Coesão, Adesão e Tensão Superficial
• Pressão de vapor
MASSA ESPECÍFICA, DENSIDADE E PESO ESPECÍFICO
• A massa de um fluído em uma unidade de volume é denominada
densidade absoluta, também conhecida como massa específica
– símbolo => letra grega  (ro) 
– unidade => kg / m3
• O peso específico de um fluído é o peso da unidade de volume
desse fluído
– Símbolo => letra grega  (gama)
– Unidade => N / m3
MASSA ESPECÍFICA, DENSIDADE E PESO ESPECÍFICO
• Dependem do número de moléculas do fluído
na unidade de volume. Portanto, dependem da
temperatura, da pressão e do arranjo entre as
moléculas.
MASSA ESPECÍFICA, DENSIDADE E PESO ESPECÍFICO
COMPRESSIBILIDADE
• Propriedade que tem os corpos de reduzir seus volumes
sob a ação de pressões externas.
• Todos os fluídos se comprimem se a pressão aumenta,
resultando em um aumento de massa específica.
• Para provocar uma mudança de 1% na massa específica da
água, uma pressão de 21 Mpa (210 atm) é necessária. Essa
pressão é muito grande para gerar uma mudança tão
pequena!
• Assim, os líquidos são muitas vezes considerados
incompressíveis.
• De uma forma geral vamos considerar a água como líquido
incompressível.
COMPRESSIBILIDADE
• Para gases, se mudanças significativas
ocorrerem, digamos 4%, eles devem ser
considerados como compressíveis. Para
pequenas mudanças de massa específica, abaixo
de 3%, eles também poderão ser tratados como
incompressíveis.
ELASTICIDADE
• Capacidade que tem os líquidos de aumentar
seu volume quando se lhes diminui a pressão.
• O aumento de volume, devido a uma certa
depressão, tem o mesmo valor absoluto que a
diminuição do volume, para uma compressão de
igual valor absoluto.
VISCOSIDADE
• Quando um fluído escoa, observa-se um
movimento relativo entre as suas partículas,
resultando um atrito entre as mesmas.
• Atrito interno ou viscosidade é a propriedade dos
fluídos responsável pela sua resistência à
deformação.
• Pode-se definir ainda a viscosidade como a
capacidade do fluído em converter energia cinética
em calor, ou capacidade do fluído em resistir ao
cisalhamento (esforços cortantes).
RELAÇÃO VISCOSIDADE x FLUIDEZ
• Mel
• Óleos/graxas
• Água
• Gasolina
• Álcool
VISCOSIDADE – FLUÍDOS NEWTONIANOS
• Fluído newtoniano => quando a tensão de
cisalhamento do fluído é diretamente
proporcional ao gradiente de velocidade.
VISCOSIDADE
VARIAÇÃO DA VISCOSIDADE COM A TEMPERATURA
COESÃO, ADESÃO e TENSÃO SUPERFICIAL
• Coesão permite às partículas fluídas
resistirem a pequenos esforços de tensão.
Uma gota se forma através da coesão.
• Ocorre a Adesão quando, um líquido em
contato com um sólido, a atração
exercida pelas moléculas do sólido é
maior que a atração existente entre as
moléculas do próprio líquido.
TENSÃO SUPERFICIAL
• Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na
interface entre duas fases químicas. Ela faz com que a
camada superficial de um líquido venha a se comportar
como uma membrana elástica. Esta propriedade é
causada pelas forças de coesão entre moléculas
semelhantes, cuja resultante vetorial é diferente na
interface. Enquanto as moléculas situadas no interior de
um líquido são atraídas em todas as direções pelas
moléculas vizinhas, as moléculas da superfície do líquido
sofrem apenas atrações laterais e internas. Este
desbalanço de forças de atração que faz a interface se
comportar como uma película elástica.
TENSÃO SUPERFICIAL
FENÔMENOS CAUSADOS PELA 
TENSÃO SUPERFICIAL
• Por causa da tensão superficial, alguns objetos mais
densos que o líquido podem flutuar na superfície, caso
estes se manterem secos sobre a interface. Este efeito
permite, por exemplo, que alguns insetos caminhem
sobre a superfície da água e que poeira fina não
afunde. A tensão superficial também é responsável
pelo efeito de capilaridade, formação de gotas e
bolhas, e imiscibilidade entre líquidos polares e
apolares (separação de óleo e água).
FENÔMENOS CAUSADOS PELA 
TENSÃO SUPERFICIAL
PRESSÃO DE VAPOR
• Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor
quando este está em equilíbrio termodinâmico com
o líquido que lhe deu origem, ou seja, a quantidade
de líquido (solução) que evapora é a mesma que se
condensa. A pressão de vapor é uma medida da
tendência de evaporação de um líquido. Quanto
maior for a sua pressão de vapor, mais volátil será o
líquido, e menor será sua temperatura de ebulição
relativamente a outros líquidos com menor pressão
de vapor à mesma temperatura de referência.
PRESSÃO DE VAPOR
• A pressão de vapor é uma propriedade física que depende intimamente do
valor da temperatura. Qualquer que seja a temperatura, a tendência é de o
líquido se vaporizaraté atingir equilíbrio termodinâmico com o vapor; em
termos cinéticos, esse equilíbrio se manifesta quando a taxa de líquido
vaporizado é igual à taxa de vapor condensado. Uma substância líquida entra
em ebulição quando a pressão do sistema ao qual faz parte atinge a pressão
de vapor dessa substância. Esse ponto recebe o nome de ponto de ebulição
ou temperatura de ebulição. O ponto de ebulição normal é a temperatura de
ebulição da substância à pressão de uma atmosfera.
• Em locais com maior altitude, onde a pressão atmosférica é menor, a
temperatura de ebulição das substâncias líquidas são mais baixas já que sua
pressão de vapor precisa se igualar a um valor menor (considerando que o
sistema é aberto).
PRESSÃO DE VAPOR
• Esboço do equilíbrio líquido-vapor da água ao nível do mar. Quanto mais se
aumenta a temperatura, maior será a taxa de ebulição da água, mas,
enquanto a pressão exercida pelo vapor for menor do que a pressão exercida
pela atmosfera, a quantidade de moléculas que se condensa aumenta a
medida que compensa a quantidade de moléculas que vaporiza,
restabelecendo assim o equilíbrio dinâmico. Quando a temperatura atinge
100 graus Celsius (temperatura de ebulição da água no nível do mar), a taxa
de vaporização vence a taxa de condensação: ocorre assim a mudança de fase
da água.