CCE0217 - HIDRÁULICA 1

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CCE0217 - HIDRÁULICA
Professor: Paulo Vitor R. M. da Silva
SUMÁRIO
 Ementa
 Avaliação
 Livros Recomendados
 Princípios Básicos
 Área de Atuação da Hidráulica
 Equipamentos do Laboratório
 Eventos Históricos
 Unidades Usuais
 Propriedades dos Fluidos
EMENTA
 Hidrodinâmica
 Linhas de corrente e princípio da continuidade;
 Equação de Bernoulli e suas aplicações;
 Experimentos de linha de energia e linha
piezométrica.
 Análise de condutos livres
 Análise e caracterização do escoamento em condutos
livres;
 Medição e controle de vazão em condutos livres;
 Dimensionamento de canais.
EMENTA
 Análise de condutos forçados
 Apresentação dos tipos de escoamento existentes e
suas classificações segundo o critério de Reynolds;
 Experimento de Reynolds: fluxo laminar,
intermediário e turbulento;
 Perdas de carga ao longo de um conduto;
 Experimento de perda de carga distribuída e
localizada;
 Medição e controle de vazão em condutos forçados,
como sifões e orifícios;
 Experimento de medição de vazão;
 Dimensionamento de condutos forçados.
EMENTA
 Máquinas elevadoras de água
 Estudo de bombas hidráulicas: apresentação de dados
técnicos e características de bombas hidráulicas;
 Estudo da potência de bombas hidráulicas e projeto
de alturas manométricas;
 Experimento de potência de conjunto elevatório;
 Experimento de altura de elevação e altura
manométrica;
 Apresentação de curvas características de bombas
hidráulicas;
 Experimento de associação de bombas em série e em
paralelo.
EMENTA
 Estruturas hidráulicas
 Barragens: funções, classificações e estabilidade;
 Vertedouros: livres de lâmina aderente, de canais
laterais e em sifão;
 Introdução à hidrologia
AVALIAÇÃO
 Três avaliações
 AV1 contemplará o conteúdo da disciplina até a sua
realização;
 AV2 e AV3 abrangerão todo o conteúdo da disciplina.
 Aprovação na disciplina
 Média aritmética de duas das três avaliações;
 Resultado igual ou superior a 6,0;
 Nota superior a 4,0 em, pelo menos, duas das três
avaliações;
 Frequência igual ou superior a 75%;
LIVROS RECOMENDADOS
LIVROS RECOMENDADOS
LIVROS RECOMENDADOS
LIVROS RECOMENDADOS
LIVROS RECOMENDADOS
PRINCÍPIOS BÁSICOS
 Hidráulica é uma palavra que vem do grego.
Hydra + aulos
Água Condução
 Uma parte da física que se dedica a estudar o
comportamento dos líquidos em movimento e
em repouso.
PRINCÍPIOS BÁSICOS
 A hidráulica pode ser dividida em:
 Hidráulica Geral: aplicação dos conceitos da
mecânica dos fluidos.
 Hidráulica Aplicada: aplicação concreta ou prática
dos conceitos da mecânica dos fluídos.
PRINCÍPIOS BÁSICOS
 A hidráulica geral se divide em:
 Hidrostática: trata dos fluidos em repouso ou em
equilíbrio.
 Hidrocinemática: estuda velocidades e trajetórias,
sem considerar forças e energia.
 Hidrodinâmica: refere-se às velocidades, às
acelerações e às forças que atuam em fluidos em
movimento.
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDRÁULICA
 Urbana:
 Sistemas de abastecimento de água;
 Sistemas de esgotamento sanitário;
 Sistemas de drenagem pluvial;
 Canais.
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDRÁULICA
 Rural:
 Sistemas de drenagem;
 Sistemas de irrigação;
 Sistemas de água potável e esgoto.
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDRÁULICA
 Instalações prediais:
 Industriais;
 Comerciais;
 Residenciais;
 Públicas.
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDRÁULICA
 Lazer e paisagismo
 Estradas (drenagem)
 Defesa contra inundações
ÁREAS DE ATUAÇÃO DA HIDRÁULICA
 Geração de energia
 Navegação e obras marítimas e fluviais
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Destinados ao estudo da mecânica dos fluidos.
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Manômetros de tubo
 Tubo piezômetro
 Bombas hidráulicas
 Número de Reynolds
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Vazão (fluxo constante ou variável)
 Linhas de energia
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Perda de carga distribuída
 Perda de carga localizada (cotovelos, curvas, 
alargamentos, estreitamentos, etc.)
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Altura manométrica
EQUIPAMENTOS LABORATÓRIO
 Tubulações em série e paralelo
 Associações de bombas em série e pararelo
EVENTOS HISTÓRICOS
 Canais de irrigação foram construídos entre os
rios Tigre e Eufrates e, na Babilônia, existiam
coletores de esgoto desde 3.750 a.C.
 Importantes empreendimentos de irrigação
também foram executados no Egito, 2.500 a.C.
 Entre os anos de 945 e 712 a.C. os egípcios
realizaram importantes obras hidráulicas,
inclusive o lago artificial de Méris, destinado a
regularizar as águas do baixo Nilo.
EVENTOS HISTÓRICOS
 Em 691 a.C., foi construído o primeiro sistema
público de abastecimento de água de que se tem
notícia, o aqueduto de Jerwan, na Assíria.
 Grandes aquedutos romanos foram construídos
em várias partes do mundo, a partir de 312 a.C.
 No “Tratado Sobre Corpos Flutuantes, em 200
a.C., Arquimedes enunciou alguns princípios de
Hidrostática.
EVENTOS HISTÓRICOS
 Em 1643, na Itália, E. Torricelli inventou o
barômetro.
 Em 1664 e 1827, respectivamente, a bomba
centrífuga e a turbina hidráulica foram
inventadas na França. A usina hidrelétrica foi
inventada em 1882 nos EUA.
 Em 1917, foram inventados os tubos de ferro
fundido centrifugado e, em 1947, os tubos de
PVC.
EVENTOS HISTÓRICOS NO BRASIL
EVENTOS ANO CIDADE
Primeiro sistema de abastecimento de água 1723 Rio de Janeiro
Primeira cidade com rede de esgoto 1864 Rio de Janeiro
Primeira hidrelétrica (mineração) 1883 Diamantina
Primeira hidrelétrica (abastecimento público) 1889 Juiz de Fora
UNIDADES USUAIS
 Sistema MKS (metro, quilograma, segundo).
 Em 1960, foi criado o Sistema Internacional de
Unidades (SI), que é utilizado no Brasil e na
maioria dos países do mundo.
GRANDEZA UNIDADE SÍMBOLO
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Intensidade de corrente ampère A
Temperatura termodinâmica kelvin K
Intensidade luminosa candela cd
Quantidade de matéria mol mol
UNIDADES USUAIS
GRANDEZA SÍMBOLO UNIDADE UNIDADE DIMENSIONAL
Área m2 L2
Volume m3 L3
Velocidade m/s L T-1
Aceleração m/s2 L T-2
Massa específica kg/m3 M L-3
Frequência Hz hertz s-1 T-1
Força N newton kg.m/s2 M L T-2
Pressão Pa pascal N/m2 M L-1 T-2
Energia J joule N.m M L2 T-2
Potência W watt J/s M L2 T-3
Viscosidade dinâmica P poise 0,1N.s/m2 M L-1 T-1
Viscosidade cinemática St stokes 10-4.m2/s L2 T-1
Momento de inércia m4 L4
Tensão superficial N/m M T-2
Peso específico N/m3 M L-2 T-2
CONVERSÃO DE UNIDADES
Tabela de conversão de unidades (comprimento)
cm m km in ft
1 centímetro (cm) 1 0,01 0,00001 0,3937 0,0328
1 metro (m) 100 1 0,001 39,3 3,281
1 quilômetro (km) 100.000 1.000 1 39.370 3.281
1 polegada (in) 2,54 0,0254 0,0000254 1 0,08333
1 pé (ft) 30,48 0,3048 0,0003048 12 1
Tabela de conversão de unidades (massa)
g kg ton
1 grama (g) 1 0,001 0,000001
1 quilograma (kg) 1.000 1 0,001
1 tonelada (ton) 1.000.000 1.000 1
CONVERSÃO DE UNIDADES
Tabela de conversão de unidades (área)
m² cm² ft² in²
1 metro quadrado (m²) 1 10.000 10,76 1.550
1 centímetro quadrado (cm²) 0,0001 1 0,001076 0,1550
1 pé quadrado (ft²) 0,0929 929 1 144
1 polegada quadrada (in²) 0,0006452 6,452 0,006944 1
Tabela de conversão de unidades (volume)
m³ cm³ l ft³ in³
1 metro cúbico (m³) 1 1.000.000 1.000 35,31 61.020
1 centímetro cúbico (cm³) 0,000001 1 0,001 0,00003531 0,06102
1 litro (l) 0,001 1.000 1 0,03531 61,02
1 pé cúbico (ft³) 0,02832 28.320 28,321 1728
1 polegada cúbica (in³) 0,00001639 16,39 0,01639 0,0005787 1
PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS
 São substâncias no estado líquido ou gasoso, que
se deformam continuamente sob a ação de
alguma força de mínima grandeza.
 Os líquidos são pouco compressíveis e resistem
pouco a trações e muito pouco a esforços
cortantes.
 Os gases são altamente compressíveis e de
pequena densidade, relativamente aos líquidos.
DIAGRAMA DE FASES DA ÁGUA
PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS
 Densidade ou Massa Específica
 Peso Específico Relativo
 Tensão Superficial
 Capilaridade
 Viscosidade
 Tensão de Vapor
DENSIDADE OU MASSA ESPECÍFICA
g= 
DENSIDADE OU MASSA ESPECÍFICA
 A água líquida é a única substância comum que
se expande quando congela.
 No gelo, cada molécula de água está rodeada por
outras quatro, formando uma rede cristalina
característica. A rede cristalina apresenta
grandes espaços hexagonais, que explicam a
baixa densidade do gelo.
Água Líquida Água Sólida
DENSIDADE OU MASSA ESPECÍFICA
Duas fases : 
água e óleo
Dois componentes: 
água e óleo
PESO ESPECÍFICO RELATIVO
 Representa a relação entre o peso específico do
fluido em estudo e o peso específico da água.
 Em condições de atmosfera padrão o peso
específico da água é 10.000N/m³, e como o peso
específico relativo é a relação entre dois pesos
específicos, o mesmo é um número adimensional,
ou seja não contempla unidades.
EXEMPLO 1
 Sabendo-se que 1.500kg de massa de uma
determinada substância ocupa um volume de
2m³, determine a massa específica, o peso
específico e o peso específico relativo dessa
substância. Dados = 10.000 N/m³, g = 10 m/s²
Massa Específica Peso Específico Peso Específico Relativo
EXEMPLO 2
 Um reservatório cilíndrico possui diâmetro de
base igual a 2m e altura de 4m, sabendo-se que o
mesmo está totalmente preenchido com gasolina,
determine a massa de gasolina presente no
reservatório. Dados: = 720 kg/m³.
TENSÃO SUPERFICIAL
 A tensão superficial de um líquido é a quantidade
de energia requerida para reduzir ao mínimo a
sua área superficial.
 Ou seja, quando a superfície de um líquido entre
em contato com o ar, é formada uma película
elástica, pois a atração das moléculas do líquido é
maior do que a atração exercida pelo ar.
TENSÃO SUPERFICIAL
 O resultado da interação das forças só com as
moléculas do lado de dentro, faz surgir uma
tensão que exerce uma força sobre a camada da
superfície, com a intenção de compensar essa
tensão do lado de dentro do liquido. Essa “força” é
a tensão superficial dos líquidos .
TENSÃO SUPERFICIAL
 As gotas de água que se observam nas folhas
ilustram bem a tensão superficial. As menores de
todas constituem esferas perfeitas. As maiores
são ovais, achatadas e as maiores de todas são
muito pesadas para serem sustentadas pela
tensão superficial e, por isso, espalham-se.
VÍDEO
CAPILARIDADE
 O fenômeno da capilaridade está relacionado com
a tensão superficial: quando se introduz um tubo
capilar em água, esta sobe espontaneamente pela
parede do tubo, formando um filme fino e
aderente.
CAPILARIDADE
 A explicação da capilaridade
baseia-se na existência de dois
tipos de forças que competem
entre si – forças
intermoleculares de coesão
entre moléculas iguais do líquido
e forças intermoleculares de
adesão entre moléculas do
líquido e um outra superfície,
como por exemplo a superfície do
vidro.
CAPILARIDADE
 A capilaridade é um dos fenômenos que explica
por exemplo como a seiva sobe para alimentar as
folhas de uma árvore, contra a ação da gravidade.
 A molécula do tubo que está
imediatamente acima da
superfície do líquido atrai o
líquido que começa a subir
alinhando-se a essa
molécula que o atraiu.
Quando isso acontece, a
molécula imediatamente
acima começa a atrair o
líquido e o ciclo se repete.
VISCOSIDADE
 De acordo com Newton, a viscosidade é a
propriedade que tem os fluídos de resistirem ao
cisalhamento (deformação).
 Quando um fluido escoa, verifica-se um
movimento relativo entre as suas partículas,
resultado em um atrito entre as mesmas. Isto é,
fluidos com viscosidade apresentam fluidez
e vice versa.
 Assim, óleos pesados escoam mais lentamente
que a água ou o álcool.
VISCOSIDADE
 A viscosidade dinâmica ou viscosidade (µ) é um
coeficiente característico do fluído que varia
bastante com a temperatura e pouco com a
pressão.
 Pela facilidade de água ter a viscosidade igual à
unidade nas CNTP (20oC e 1 atm), ela é usada
como padrão de viscosidade, exprimindo-se a
viscosidade de outros fluídos em relação à
mesma.
VISCOSIDADE
 Variação de “µ” da água doce com a temperatura
Temperatura 
(oC)
µ 
(N.s/m2) 10-6
Temperatura 
(oC)
µ 
(N.s/m2) 10-6
0 1791 40 653
2 1674 50 549
4 1566 60 469
5 1517 70 407
10 1308 80 357
15 1144 90 317
20 1008 100 284
30 799
VISCOSIDADE

VISCOSIDADE

Temperatura 
(oC)
Temperatura 
(oC)
0 1792 40 657
2 1673 50 556
4 1567 60 478
5 1519 70 416
10 1308 80 367
15 1146 90 328
20 1007 100 296
30 804
TENSÃO DE VAPOR
 Dependendo da pressão a que está submetido, um
líquido entra em ebulição a determinada
temperatura; variando a pressão, varia a
temperatura de ebulição.
 Por exemplo, a água entra em ebulição à
temperatura de 100 ºC quando a pressão é de
1,0332 kgf/cm² (1 atm), mas também pode ferver a
temperaturas mais baixas se a pressão também for
menor.
 Essa propriedade é fundamental na análise do
fenômeno da cavitação, pois quando o líquido inicia
a ebulição, inicia-se também a cavitação.
TENSÃO DE VAPOR
Temp. (ºC)
Pressão de 
Vapor 
(kgf.cm-2)
Temp. (ºC)
Pressão de 
Vapor 
(kgf.cm-2)
15 0,0174 70 0,3175
20 0,0238 75 0,3929
25 0,0322 80 0,4828
30 0,0429 85 0,5894
35 0,0572 90 0,7149
40 0,0750 95 0,8620
45 0,0974 100 1,0333
50 0,1255 105 1,2320
55 0,1602 110 1,4609
60 0,2028 115 1,7260
65 0,2547 120 2,0270
OBRIGADO!!