Aula 01_Hidráulica_R1

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Aula 01
Curso: Engenharias
Disciplina: Hidráulica – 60H
Docente: Msc. Engº Alessandro Resende Machado
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OBJETIVO DA DISCIPLINA
Assimilar estudo nos diversos ramos da hidráulica,
apresentando bases técnicas e científicas, indispensável para
o conhecimento e a compreensão de numerosos problemas
na engenharia voltados para sistemas hidráulicos.
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EMENTA DA DISCIPLINA
A disciplina abordará os seguintes assuntos:
✓Mecânica dos fluidos;
✓ Estudos em hidrostática;
✓ Aspectos quanto a hidrodinâmica;
✓ Escoamento sob pressão e escoamento em canais;
✓ Hidrometria e medições do escoamento;
✓ Semelhança em canais e escoamento permanente
forçado;
✓ Regimes de escoamento laminar, turbulento e transição;
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EMENTA DA DISCIPLINA
Outros assuntos a serem abordados envolverão:
✓ Hidraulicamente liso e rugoso;
✓ Escoamento permanente livre e transitório livre;
✓ Número de Froude e perfis quanto aos canais de
escoamento;
✓Medidores de Vazão, pressão e velocidade, tais como
Venturi, Parshall e tubo de Pitot;
✓ Orifícios, bocais e vertedores, vertedores de soleira
espessa e delgada e ressalto hidráulico;
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CALENDÁRIO 2020.1
✓ 01/04 a 07/04 - Período das avaliações do 1º bimestre;
✓08, 09, 10, 12, 13 E 18/06 - Período das avaliações do 2º
bimestre;
✓22/06 a 26/06 - Período de avaliação substitutiva.
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PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
✓ Aulas expositivas dialogadas;
✓Aulas práticas;
✓ Resolução de Exercícios;
✓Estudo dirigido e TBL (aprendizagem baseada em equipes);
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RECURSOS DIDÁTICOS
✓ Sala de aula convencional;
✓ Data-show;
✓ Quadro branco;
✓ DVD, vídeos, acesso a internet e artigos;
✓Laboratório de Hidráulica.
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INTERDISCIPLINARIDADE
A disciplina de Hidráulica como membro permanente das
ciências Exatas e tecnológicas, está interligada com os
seguimentos estudados como: química tecnológica, cálculo
vetorial, física 1, mecânica, fenômenos dos transportes,
hidrologia e estudos dos solos.
Na medida em que as mesmas são agregadas como
ferramentas de fundamentação, estruturação e
concretização das premissas físicas e materiais da
engenharia ambiental e sociedade.
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BIBLIOGRAFIA BÁSICA
✓ AZEVEDO NETTO, José Martiniano de. MANUAL DE
HIDRÁULICA. 8ᵒ Ed. São Paulo. Editora Edgard Blucher 2000.
✓CRIBBIN, J.E. INTRODUÇÃO À HIDRÁULICA, HIDROLOGIA E
GESTÃO DE ÁGUAS PLUVIAIS. São Paulo. 3ᵒ Ed. Editora
Cengage Leoning.2008.
✓ HOUGHTALEN Robert J. Hwang. Need H. C. e Akan, A.
Osman. ENGENHARIA HIDRÁULICA. Editora Person, 2014.
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BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
✓ ANDREW CHADWICK, A. MORFETT, J. HIDRÁULICA EM
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL. Editora Instituto Piaget,
2004.
✓GARCEZ, Lucas Nogueira. ELEMENTOS DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA E SANITÁRIA. Editora Edgard Blucher.
✓UGGIONI, Natalino. HIDRÁULICA INDUSTRIAL. Porto
Alegre, Editora Sacra Luzzatto.2002.
✓GILES, R. V., MECÂNICA DOS FLUIDOS E HIDRÁULICA, Rio
de Janeiro: MacGraw-Hill.
✓PORTO, R. M. HIDRÁULICA BÁSICA. São Carlos, S.P; 2ª ed.,
EESC-USP, Projeto REENGE.
Hydros = Água
Aulos = Condução
Conceitos Introdutórios 
Hidráulica
✓ Parte da física que se dedica a estudar o comportamento dos
líquidos em movimento e em repouso.
✓ Responsável pelo conhecimento das leis que regem o
transporte, a conversão de energia, a regulagem e o controle do
fluido agindo sobre suas variáveis (pressão, vazão, temperatura,
viscosidade, etc).
Grego
É a ciência que estuda a condução 
da água
Etmologia
Conceitos Introdutórios 
✓Hidráulica é a área da engenharia que aplica os 
conceitos de Mecânica dos Fluidos na resolução de 
problemas ligados à:
– CAPTAÇÃO;
– ARMAZENAMENTO;
– CONTROLE e
– USO DA ÁGUA Hidráulica
Agricultura
Energia
Indústria
Saneamento
Breve Histórico 
• A Hidráulica esteve presente ao longo de
praticamente toda a história da humanidade.
• Disponibilidade➔ variável no tempo e no espaço
• Necessidade de compatibilizar 
➔ Oferta X Demanda ➔ transportando de locais onde está 
disponível para locais onde é necessária.
Breve Histórico
• Mesopotâmia - Existiam canais de irrigação
construídos na planície situada entre os rios
Tigre e Eufrates;
• Nipur (Babilônia) existiam coletores de esgoto.
3.750 A.C. 
• Egito –Empreendimentos de irrigação;
–Lago artificial Méris, destinado a
regularizar as águas do baixo Nilo.
Sec XXV A.C. 
• Assíria – primeiro sistema público de
abastecimento de água de que se tem notícia, o
aqueduto de Jerwan.
Sec VII A.C. 
Breve Histórico
• Primeiros pensamentos efetivamente científicos relativos à 
Hidráulica ➔GREGOS
- Século III a.C
ARQUIMEDES - Princípios da
Hidrostática e Equilíbrio dos Corpos
Flutuantes
• Os romanos possuíam postura diferente da dos Gregos.
Deram mais enfoque à construção do que à criação
intelectual
- A partir de 312 a.C
Construção de diversos aquedutos: Em Roma: 11 
aquedutos
Vazão: 4000 L/s ~ 345 L/hab dia 
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Breve Histórico
• Idade Média
• Renascimento (Séc. XVI)
– Leonardo da Vince ➔ Escola Italiana (chafarizes e 
fontes monumentais):
– Conservação da Massa, influência atrito no 
escoamento, velocidade de propagação das ondas.
• Séc. XVII ➔ Contribuições de matemáticos e 
físicos ➔ Surge a Hidrodinâmica
– Newton, Euler, Pascal, Boyle, Leibnitz, Bernoulli
Não foram observados grandes avanços para a 
Engenharia Hidráulica
Breve Histórico
• Século XVIII
• Século XIX 
• Séc. XX ➔Mecânica dos Fluidos ➔ Karman, Nikuradse, 
Moody, Colebrook, etc.
Grandes progressos da Hidráulica, com base na 
experimentação ➔ França e Itália (Pitot, Chézy, Venturi)
Hidráulicos Práticos ➔ Introdução dos conceitos de
velocidade e turbulência ➔ Reynolds, Hazen e Poiseuille,
Bresse, Weisbach e Darcy➔ PERDA DE CARGA
Breve Histórico
• Século XIX
– Desenvolvimento de tubos de ferro fundido, capazes de resistir a
pressões internas relativamente elevadas;
– Crescimento das cidades e a importância cada vez maior dos serviços
de abastecimento de água
– Emprego de novas máquinas hidráulicas;
– Progresso rápido e acentuado da Hidráulica (AZEVEDO et al., 1998).
• Atualmente com o advento da INFORMÁTICA é
possível modelar os escoamentos com os
MÉTODOS NUMÉRICOS E COMPUTACIONAIS.
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Divisões da Hidráulica
Hidráulica Teórica
Hidráulica Aplicada
Hidrocinemática
Hidrostática
Hidrodinâmica
Velocidades e trajetórias das partículas
Líquidos em repouso
Líquidos em movimento e forças envolvidas
Hidráulica Urbana
Sistema de Abastecimento de Água
Sistema de Esgotamento Sanitário
Sistema de Drenagem Urbana
Hidráulica Rural ou Agrícola Irrigação 
Drenagem Agrícola
Hidráulica Fluvial Rios e Canais
Hidráulica Marítima Portos e Obras Marítimas
Instalações Prediais, Industriais e Hidrelétricas
Meio Ambiente
Preservação dos Habitats Aquáticos
Dispersão de Poluentes
Erosão, entre outros
• Padronização das unidades de grandezas físicas em um sistema;
• Os sistemas de unidades habitualmente utilizados são do tipo FLT
(força, comprimento, tempo) ou MLT (massa, comprimento e
tempo).
• Por convenção internacional de 1960 foi criado o Sistema
Internacional de Unidades (S.I.), também conhecido como Sistema
Absoluto.
• No SI utiliza-se o sistema do tipo MLT (ou MKS para a mecânica).
Sistemas de Unidades
• O SI possui 7 unidades fundamentais cada uma correspondendo auma grandeza, destacando-se para o estudo da Hidráulica, três:
• Todas as unidades, quando escritas por extenso, devem ter inicial
minúscula, mesmo que sejam nomes de pessoas. Exemplo: metro,
quilômetro, pascal, etc.
• Exceção - unidade de temperatura – escreve-se grau Celsius.
• Os símbolos também são escritos com letras minúsculas, exceto
para nomes de pessoas; exemplos: m, km, Pa.
Sistemas de Unidades
• Para análise dimensional nesses sistemas de unidades, adotam-
se as seguintes notações para as grandezas fundamentais:
M - massa; L - comprimento; T - tempo 
• A partir das grandezas fundamentais, obtêm-se as seguintes
grandezas derivadas:
• Velocidade - 𝛥S/𝛥T - LT m.s
• Aceleração - 𝛥V/𝛥T - LT m.s
• Força - m.a - MLT kgms = newton = N
• Trabalho - f.d - ML T N m = joule = J
• Pressão - f/a - ML T N m = pascal = Pa
• Potência - trabalho/tempo - ML T joule.s = watt = W
Sistemas de Unidades
-1
DimensãoGrandeza SI
-1
-2 -2
-2 -2
2 -2
-1 -2 -2
2 -3 -1
Sistemas de Unidades
Observação!
Embora exista o Sistema Internacional, na prática outras
unidades são bastante utilizadas, como por exemplo: hora (h), minuto
(min), litro (L), tonelada (t), polegada, libra, bar, atmosfera, horse power
(hp), cavalo-vapor (cv), etc.
Conceitos Fundamentais - Fluidos
• Massa Específica (ou densidade absoluta)
• Densidade Relativa
• Peso Específico
• Atrito interno ou Viscosidade dinâmica (Newtoniano)
• Viscosidade cinemática
• Compressibilidade 
• Atrito externo 
Conceitos Fundamentais - Fluidos
• Massa Específica (ou densidade absoluta) - 𝜌
– É a relação entre a massa da porção do fluido e o seu volume
– Características:
• Varia com a pressão e temperatura
Unidades de Massa Específica:
– Sistema Internacional (MLT ou MKS) : kg/m3
– ρágua = 1000kg/m
3
 =
m
v
Conceitos Fundamentais - Fluidos
• Peso Específico ( 𝛾 )
– É a relação entre o peso de uma certa porção de fluido e o seu volume. 
– Unidade: N/m3 
– gágua: 
= 10000 N/m3 ou 1000kgf/m3
g = =

= 
peso
volume
massa g
volume
g
• Densidade Relativa (dr)
– É a relação entre o peso específico de uma substância e o peso de uma
outra tomada como referência. Para os líquidos, a água é o fluido
tomado como referência
dr
g
g
s
agua
s
agua
s
agua
= =


=
g
g




Conceitos Fundamentais - Fluidos
• Viscosidade – Atrito Interno : Lei de Newton da Viscosidade
– Quando um fluido escoa, verifica-se um movimento relativo entre suas 
partículas, resultando um atrito entre elas;
– Propriedade dos fluidos responsável pela sua resistência à deformação
– No interior do líquido, as partículas contidas em duas lâminas paralelas 
de área (A) movem-se à distância 𝛥n com velocidades diferentes (v) e 
( v+ 𝛥v).
- Sendo 𝜇 o coeficiente de viscosidade dinâmica
- Unidades de Viscosidade: kg/m.s
A A
B B
𝛥n
v + 𝛥v
v
• Atrito Externo
– Refere-se à resistência ao movimento do fluido, devido à rugosidade das
paredes dos condutos, provocando perda de carga (energia).
• Compressibilidade
– Refere-se à redução do volume da substância, sob a ação de pressão
externa ou à variação do peso específico, em relação à variação da
pressão. O inverso da compressibilidade (1/α) é a elasticidade.
Conceitos Fundamentais - Fluidos
Hidrostática 
• Lei de Pascal
“Em qualquer ponto no interior de um líquido em repouso, a pressão é a mesma 
em todas as direções”
Hidrostática 
1.Suponhamos uma garrafa cheia de um líquido, o
qual é, praticamente, incompressível
2. Se aplicarmos uma força de 10kgf numa rolha de 1
cm2 de área…
3.O resultado será uma força de 10kgf em cada
centímetro quadrado das paredes da garrafa
4.Se o fundo da garrafa tiver uma área de 20 cm2 e
cada centímetro estiver sujeito a uma força de 10kgf,
teremos, como resultante, uma força de 200kgf
aplicada ao fundo da garrafa.
F = Força A = Área P = Pressão
P = F/A
Hidrostática 
• Macaco hidráulico (transmissão de força)
21 pp =
2
2
1
1
A
F
A
F
=
Como:
Logo:
Hidrostática 
• Transmissão de deslocamento
2211 SASA =
V1
V2
21 VV =
• Exercício 01 - O elevador hidráulico consta de dois recipientes
providos de êmbolos, cujas seções têm áreas diferentes e se
intercomunicam por um fluido. Imaginando-se que o diâmetro do
cilindro maior é de 2 metros e diâmetro do cilindro menor de 0,4 m
e o peso do veículo é 16.000 N, qual deverá ser a força F1 para
equilibrar o sistema?
Hidrostática 
• Exercício 02 - Na figura apresentada a seguir, os êmbolos A e B
possuem áreas de 80cm² e 20cm² respectivamente. Despreze os
pesos dos êmbolos e considere o sistema em equilíbrio estático.
Sabendo-se que a massa do corpo colocado em A é igual a 100kg,
determine a massa do corpo colocado em B.
Hidrostática 
Hidrostática 
• Lei de Stevin
“A diferença de pressões entre dois pontos da massa de um líquido em equilíbrio 
é igual a diferença de profundidade multiplicada pelo peso especifico do 
líquido.”
p2 – p1 =𝛾 . h
Por essa expressão, verifica-se que a pressão
exercida pela coluna do fluido (pressão
hidrostática), não depende da área envolvida,
mas somente da natureza do fluido (𝛾) e da
altura da coluna (h)
Hidrostática 
• Observações
– As pressões podem também ser medidas em relação à pressão
atmosférica de um local qualquer e nesse caso, são chamadas pressões
manométricas ou relativas.
– Como essas pressões podem ser maiores ou menores que a pressão
local, elas serão positivas ou negativas.
– Se essas pressões tiverem como referencial o vácuo, elas serão obtidas
pela soma da pressão atmosférica local e a pressão manométrica, sendo
chamadas de pressão absoluta, com valores sempre positivos.
• Em síntese:
– pressão manométrica ou relativa: medida em referência à pressão
atmosférica local;
– pressão absoluta: pressão manométrica + pressão atmosférica local.
Hidrostática 
• Medições de Pressão Relativa
– Manômetro metálico ou de Bourdon
O manômetro de Bourdon possui uma haste flexível que se distende
com a pressão, acionando uma engrenagem ligada a um ponteiro que se
movimenta sobre uma escala, indicando o valor da pressão.
Esse tipo de manômetro pode levar a imprecisão, devido efeito da
temperatura, desgaste, erros de fabricação, etc.;
Hidrostática 
• Medições de Pressão Relativa
– Piezômetro
É um medidor simples e exato, podendo medir pressões
relativamente pequenas e positivas.
O piezômetro pode ser facilmente construído inserindo-se um tubo
transparente no sistema em que se quer medir a pressão, a qual é obtida pela
coluna de fluido que sobe no tubo.
Hidrostática 
• Medições de Pressão Relativa
– Tubo em U
Indicado para medir pressões pequenas, positivas ou negativas. É
basicamente igual ao piezômetro, inserindo-se um tubo transparente e
recurvado ao sistema em que se deseja medir a pressão.
Hidrostática 
• Medições de Pressão Relativa
– Tubo em U com líquido manométrico
Permitem medições de pressões maiores do que as obtidas com tubo
simples, podendo também, ser positivas ou negativas. O líquido manométrico
utilizado geralmente é o mercúrio (d = 13,596)
Hidrostática 
• Medições de Pressão Relativa
– Manômetros diferenciais
São indicados para medir diferenças de pressão entre dois pontos.
Podem ser do tipo Bourdon ou em U com líquido manométrico.
• Exercício 03 - No manômetro diferencial mostrado na figura, o fluido
A é água, B é óleo e o fluido manométrico é mercúrio. Sendo h1 =
25cm, h2 = 100cm, h3 = 80cm e h4 = 10cm, determine qual é a
diferença de pressão entre os pontos A e B.
• Dados: γh20 = 10000N/m³, γHg = 136000N/m³, γóleo = 8000N/m³.
Hidrostática 
Obrigado!
E-mail do professor: alessandrorm@hotmail.com