Caderno de Hidraulica

Unidades de Medida\n\nA Hidráulica utilizamos as seguintes unidades:\nmCA (mH20) onde 1cmca = 1kgf/cm²\nMassa específica kg/m³ : 1m³ = 1000l : 1000kg\n\nP = F : 10 mCA\nA\nQ = V.A ex.m³/s\n\nPressão Absoluta -> Pressão Total\nPátm = 1ATM : 1kgf/cm² : 1Bar\n\nRegime estático: água parada.\nRegime dinâmico: água sendo utilizada.\nA tubulação pequena: tem grande perda de água.\nA tubulação grande: tem numerosas perdas de água.\n\nQ: QUANTUM -> Regime dinâmico.\nPressão da extremidade = 1 (altura) - Perda de Carga\n\nDevido as curvas a água perdeu carga, por isso uma gota. Conteúdos:\n- Reservatórios\n- Bomba\n- Perda de carga\n + Hazen - Williams\n + Darcy\n- Dimensionamento de bombas\n- Laboratório\n - Orifícios\n - Bocais\n - Condutos livres - canais\n - Condutos forçados\n- Vertedores\n- Bomba Carneiro\n\nPressão hidrostática: a água está parada, torneira fechada, seu valor será igual as alturas dadas. Vazão: Q - quando a água escorre \nQ = v.A (Velocidade x área)\nPressão: P - \nP = F / A (força sobre área)\nVolume: V - V = m³\n\nGolpe de Ariete: fenômeno causado pelo ar na tubulação.\nVentosa: válvula eliminadora de ar.\n\nAvaliações\n\n60% - N2 \nA1 - Análise Teórica \nA2 - Análise Integrada\nA3 - Estável\n\nSubstituta \nA6 - substitui a nota do A5\n(falta ou tentativa de alcançar a nota)\nmédia: 6,0 18 / 02 / 2020\nPrincípio de Pascal\n\nPg. 5\n\n-> força aplicada de um lado será igual ao outro.\n\nF = P.A\n-> força aplicada de um lado\n\nP = F / A\nF = P.A será maior do que para o centro da área. (área mais afastada pesa mais)\n\nEMPUXO\nPg. 7\n\nÉ a força submetida à área de uma compartida de pressão?\nF: empuxo\nF: empuxo\n\nγ: massa específica (N/m²)\nH: Altura da água até o centro geométrico (m)\nA: área (m²)\nCentro de Pressão (γ) = ponto de aplicação (H)\nHρ = ɣ.h (cc) + Io\nA.d (cc)\n\nDados\nγ: = 9807 N/m³\n\nComposta 2m² 2m\n\nIo = ρb² / 3b² = 4\n\nArre dondamento na calculadora sempre 3 casas depois da; Empruxo:\nE: 9807.5:49035N\n\n1. C: 122cm³\n2. C: 122cm³\nC = 122 ~ 20.3cm\n\nEmpuxo: E = V.(%)\nEmpuxo: 9807.222.(0.227) = 28692.506N = 285.96KN\n\nCondutos Livres em Regime Uniforme\nO que? Pág. 11.\n\nConduto Forçado\nV = ?\nθ = ?\nRe = Reynolds\nRegime de escoamento. Re ≤ 2000 - Laminar (Regime quase parado)\nRe > 2000 a 4000 - Turbulento (melhor para se dimensionar)\nRe > 4000 - Transição\n\nRe = v.RH\nCondutos Livres\nRe = Adimensional\nV = Velocidade m/s\nRH = Raio Hidráulico\nν = viscosidade cinemática ou dinâmica\nP = massa específica\n\nEx.\n\nRe: 30003x10^{-3}\nPa.ν = viscosidade dinâmica\n\nRe: 3000.095.(4.20^{-2}) = 3994.02 -> Laminar Condutos livres\nRH = b.h\nV = 0.05 m/s\nA: b = 2cm 0.02cm\nRH: 0.02.0.02 = 0.006m\n\nRe = 0.5.0.006 -> Re = 0.299 -> Laminar\n\nQuais seriam as dimensões do canal para um regime turbulento?\n200 = 0.05.RH -> RH = 40.32m -> A: 5m (ADOTADO)\n5 = 403.20 -> b: 13.62m\n\nRecapitulando os Regimes de escoamento:\nLaminar Re ≤ 2000\nTransição ou crítico Re 2000 < Re < 4000\nTurbulento Re > 4000\n\nNo último exercício, a geometria está correta, mas não é possível o regime turbulento, pois um dos lados FOT NEGATIVO. 30 / 03 / 2020\nExercício de aplicação - Pág. 13\nPara um canal de concreto trapezoidal com revestimento muito liso, determine a velocidade, v, o regime de escoamento Re e Frode.\nL: 235m\nη: 0,032\nl: 20cm\nDeclividade (I)\nI = cond. f. O.\nI = 0,20 = 0,90005 ou 0,085%\n235\nV = R^(2/3) * I^(1/2)\nDados do exercício\nη: 0,032 > Liso\nPara um Trapézio o raio hidráulico é\n(b + m.h)\nb + 2l * m^2\nOutro exemplo\nL: 235m\nPara determinação da Velocidade\nRh = (1,234 + 0,065,08) 0,02 = 0,442 m\n(2,234 + 2,08 * (1/0,65^2)) = 3,34 229 620\nna calculadora 30 / 03 / 2020\nA: (b + m.b) * h\nA: (3,234 + 0,065.08) 0,08: 1,403 m²\nV = 0,947^3 * 0,00085^1/2 = 5,420 m/s\nCalculando a Vazão\nQ = V * A\nQ = 5,420 * 1,403 = 7,992 m³/s\nConsiderando agora um φ\nφ = 2π * R\nγ: Perímetro (m)\nPerímetro molhado de um trapézio: 3,550m\n3,550 = 2π * R\nR = 0,559 m\nφ = 1,318m\nNúmero de Reynolds para condutos livres:\nRe = V * Rh\nRe = 3,992, 0,447 = 887,76 (Adimensional)\n0,003 = 0^3 30 / 03 / 2020\nRegime Laminar\nFroude é um índice bem confiável\nF: V = 1,420 = 0,9507\ng.h = 198,08\nEscoamento Sub-crítico\nAltura crítica em um CANAL Pág. 36/37\nSeria um local onde o escoamento diminuí a velocidade e aumenta a altura.\nCanais c/obstrução\nEx.: barragens e vertedores\ntêm uma altura crítica a ser determinada.\nPara um canal retangular com uma vazão Q = 2.200 l/s, com uma base (b) = 5,00m. Qual é a altura crítica (hc)?\nhc = (3,220^2/g*b^2)\nhc = 0,70m\nl = m³/b\nb = m\nhc = m\n1m³ = 1000l 37 Exercício\n03 Para um canal retangular com base de 3,30 m e altura até a lâmina d'água h = 2,30 m, qual seria a inclinação mínima para atender as seguintes especificações:\n\n sugerido\n\nL: 300 m\nQ: 38 L/min = 0,638 m³\nN: 0,0032\nA: V.A\n\nCurv: 3,30 x 2,20\n = 60\nA: 7,237 m²\n\nQ = 0,00 m³\nQ = 0,0003 m³/s\n\nQ = V.A\n0,0003 = V . 7,237\nV = 0,0003/ 7,237\nV = 1,09 . 10^-4 m/s\n\nRaio hidráulico\nRH = b.h \nR: L = 3,30 - 2,20 -> RH = 2,73\nb + 2h\n3,30 + (2,20)\n5,50\n\nV = R³ . I 1/2 -> 1,09.10^-4 = (0,496)³ \nI 1/2 -> 1,09.10^-4 = 0,624\n\nn\n2,5\n1 I= 0,001 m/ml\nI = 1/2\nh: 0,00 x 100 = 0,3 m\n\n0,984m como metro na calculadora. 37/03/20\n\nQual seria o regime de escoamento segundo Froude?\nFroude: F = √(g.h)\n\nF: 3,09.10^-4 -> F: 3,09.10^-4 = 2,403.10^-5\n\nescorregamento \nsubcrítico\n\nVolume: 2,73 m² x 30 m = 273 m³ = 273000 Kg\n\nALTURA CRÍTICA PARA UM CANAL CIRCULAR\n\n. canais circulares.\n\nh_c = 3,01 d^2/3√(g)\n\nac: nível\nA: nível (m²)\nD: diâmetro de canal ou tubo (m)\ng: aceleração da gravidade (m/s²)\n\nPara um canal circular, dados a razão e diâmetro de canal, calcula a altura crítica.\nQ: 300 L/s\nD: 0,50 m\n\nh_c: 3,01 . (0,300)^(0,506)\n= 0,27 m. 37/03/20\n\nQual é a relação h_c/D\nh_c -> 0,37 = 0,74 m\nD\n0,50\n\nQ: 300 L/s equivalente a 0,3 m³/s\n\n0,37 = 0,74 não ultrapassou o intervalo de 0,02 e 0,50\n\nExercício de vertedores\n\nVertedores são barragens com o intuito de controlar o fluxo de água.\nPodendo saber a vazão d'água e velocidade.\n\nExercício de aplicação:\nPara um vertedor triangular de parede delgada (pressão e < 0,066), determine a altura para atender uma vazão de 350 L/s e uma largura L: 80 cm.\n\nh^1/2 = 0,35 = 0,384 m\n\nQ: 350 L/s = 0,35 m³/s\n\nLargura do vertedor L: 0,80 m\n\nQ: 3,838 L h^1/2\n0,35 = 3,838.0,80. h^1/2 24 / 03 / 20\n\nCalcular\n\nEx.: 5 × 0,238\n\n3,47^{3/2} = 0,35\nH^{3/2} = 0,35 = 0,384 m\n\nSabendo-se que em um vertedor com uma altura de 2,23 m, com duas contra-faces e largura L = 4,36 m, qual seria a vazão? (m³/s)?\n\nQ = 3,828 \\left(L - N.l_h \\right) h^{3/2}\\over 30\n\nN = 0 sem contra-faces\nN = 3 com uma contra-face\nN = 2 com duas contra-faces\n\nQ = 3,828 \\left(4,36 - 2,23 \\right) \\left(2,23\\right)^{3/2}\\over 30\n\nVelocidade? Area 2,23 m x 4,36 = 9,73 m²\n\nQ = V.A\n\n23,957 = V.9,73\n\n√ = 2,462 m/s 24 / 03 / 20\n\nhc = 3 \\sqrt{g b^2}\n\nhc = altura Crítica (m)\nQ = vazão (m³/s)\nb = largura do canal (m)\ng = aceleração da gravidade (m/s²)\n\nhc = 3 (23,957)² \\over \\sqrt{9,8.6,26}\n\nFroude\nF = \\sqrt{g h}\n\n- F = 2,460\n- F = 0,527 (sub crítico)\n\nAnálise AB - 07/04 - 19:00 às 21:30\n- No blackboard, aba atividade; aparecera grãos no dia.\n- 3 questões com correta.\n- De última hora, duas questões valendo 4 e uma valendo 2.\n\nAnálise A2 - será na data da Prova Integradora\n- Sem data ainda. (27 a 30/04)\n\nAnálise A3 - 34/04 ou dia 32/05\n- Análise no laboratório.\n\nAnálise A4 - APS - 25/04\n\nAnálise A5 - 02/06 24 / 03 / 20\n\nExercícios.\n1. Para um vertedor retangular de parede delgada (espessura < 0,06 h), determine a largura máxima para atender uma vazão de 750L/h e uma altura de 3,3m.\n\nQ = 3,828.L.h^{3/2}\n\nQ = 750L/h ou 0,25 m³/s\n\nQ = 3,828 . L . (0,3)^{3/2}\n\nL = 0,275 m\n\nL = 0,408 m\nL = 0,482 m\nL = 0,275 m (L = largura)\n\n- Determinando a Velocidade:\n\nQ = V.A\n\n750 = V.0,358\nV = 0,375\n\nA = 0,275 m . 3 m\nA = 0,3575 m²\n\nSabendo a área é possível determinar a velocidade\n\n√ = 2,096 m/s 29/03/20\n\nFroude:\nF: 2,095\nF = √{98,33 \n \n g·s²}\nF: 2,095 ≈ F: 0,584\n(32,74)\n\n2. Para um canal com barragem submersa delgado, determine a vazão e a altura crítica, conforme os dados abaixo:\n\nO coeficiente de descarga CD: 0,863... na pág. 37.\n\nL = 3,2m\n\nQ = 3,704·Cd·L·h^5\n\nQ:\n\nQ = 3,704·0,863·3,20·(0,54)^5\n\nQ: 0,699 m³/s\n\nhc = 3\n\nhc ≈ 3{Q² \n g·L²}\n\nQ:\n\nQ = vazão (m³/s)\nL = Largura de vertedor (m)\nh = Carga do vertedor (m)\ng = Aceleração da gravidade = 9,8 m/s² 24/03/20\n\nVazão:\nQ = 3,704·Cd·L·h^5\n\nQ = 3,704·0,863·3,20·(0,54)^5\n\nQ: 0,699 m³/s\n\nAltura Crítica:\n\nhc = 3\n\nhc ≈ 3{(0,569)² \n 9,8·L²}\n\n3. Para um vertedor sem barreiras laterais (livre—sem constrição) qual seria a altura da lámina d'água para atender uma vazão de 537 L/s? Velocidade e regime de escoamento.\n\nQ = 537 L/s = 3000\n\nQ: 0,537 m³/s\n\n\nL = 1,96m\n\nQ = 537 L/h = 0,537\n\n0,537 = 3,838·L·(0,36)^(1/2)\n\n0,53 = 3,838·1,96·h^(1/2)\n\n0,537 = 0,60·L²\n\nL² = 0,537\n\nh = 0,357 m ≈ lámina d'água ≈ carga do vertedor 24/03/20\n\nLargura: 1,96 m e altura h = 0,281\n\nPortanto, a área de vertedor será: 1,96 x 0,281 = 0,551 m²\t\n\nQual seria a velocidade?\nQ = V·A\n\n0,537 = V·0,551\n\nV = 0,537\n\n0,551\n\nV = 0,975 m/s\n\nFroude:\nF: 0,322 = 0,113 (Portão, é subcrítico)\n\n9,8·0,85\n\nPerda de Carga em Tubulações\nCondutores forçados.\n\n- Devido à rugosidade do tubo - atrito - de pequena relevância, mas deve ser considerado.\n- Devido ás conexões - causam turbulência.\n\nExistem inúmeras fórmulas para calcular perda de carga, mas iremos utilizar apenas essas:\n\n- Fórmula de Hazen-Williams;\n- Fórmula de Fair – Whipple – Hisio;\n- Fórmula de Darcy – Weisbach - Universal. 24/03/20\nProjeto a ser estudado\n\nLreal: comprimento real da tubulação (m) Legiv: os comprimentos dos equivalentes das conexões.\n\nL_total = Lreal + Legiv.\n\n6 felos de 3\" = 2,5 cada (colhendo em uma tabela) = 15 m\n\nL_total = 38 + 15\nL_total = 53 m\n\nExercício de aplicação:\nCalcular a pressão a montante (mca) do reservatório abaixo:\nHazen-Williams\n\nf = 6 m\nReservatório\nsuperior\n\n30 m\n36 m\n\n35 m\n20 m\n\n30 m\n10 m\n0,5 m\n\nReservatório inferior\n\nDados\nÁgua a 20°C\nDiâmetro 5\" = 32,7 cm = 0,327 m\nQ = 0,047 m³/s\n\nMaterial Plástico - PVC\nC = 350...\n\n► coeficiente de atrito de\nHazen-Williams\n 24/03/20\nDp: 30,646 L Q 3,852 C\n\nL_total\n\nLf = 30,646(0,127+0,35+20+0,5) + 5(1,4)2 + 0,9\n\n0,047 3,852\n\n0,327 350\n\nLf = 30,646(90,5 + 23,9)\n0,327 3,852\n\n0,047 3,852\n\n0,327 3,852\n\nLf = 8,975 mca\n\nA altura até o ponto extremo (m) = 6 + 35 + 20 + 0,5 = 43,50 m ≈\n\n43,50 - 8,975 = 32,525 mca (pressão na extremidade do tubo)\n\nL_total = L_real + Legiv → conduíte forçado reflexivo L_total = 32,88 m\n\nPressão a montante: 6 + 35 + 20 + 0,5 = 43,50 mca - altura da lâmina\n\nPressão à jusante na extremidade do tubo: 43,50 - 8,975 = 32,525 m\n\nResultado do exercício\n 24/03/20\nOutro Exercício de aplicação para casa:\nCalcula a Pressão a montante (mca) do reservatório abaixo:\nHazen - Williams\n\nL_total = L_real + Legiv.\n\nL_total = (5,33 + 6,45 + 22 + 9,02) + (5,7 + 0,4)\n\nL_total = 307,7 + 8,90\n\nL_total = 316,6 m\n\nReservatório\nsuperior\n\n5 m\n\n22 m\n\n32 m\n\nDados\nÁgua a 20°C\nDiâmetro 2\" = 0,508 cm = 0,005 m\nQ = 63 L/s = 0,063 m³/s\n\nTubulação galvanizada\nC = 280\n\nlf = 30,646 L\n\nL = L_f - f_dp\n\nlf = 80,646 - 149,6\n\n0,0623 3,852\n\n(0,005)³ 3,20\n\nLf = 0,994,785 mca\n\nPressão a montante: 7 + 13 + 22 + 0,7 = 42,70 mca - altura da lâmina\n\nPressão à jusante na extremidade do tubo: 42,70 - 0,994,785 = 2050,08 m\n\nDp: perda de carga no trecho (mca)\n\nDiâmetro = em metro. (m) L: 42,70 mca\n\nSugestão que a água não vai sair na extremidade do tubo\n\nd\" = 5,08 cm = 0,053 m\n\nD\" = 2,54 mm ou 29,4 mm ou 0,025 m\n\nQ = 63 L/h = 0,063 m³/s\n\nAgera para 5\": 0,127 m\n\nLreal = 35 + 33 + 45 + 2 + 34 + 0,7 = 109,70 m\n\nLequiv = 5 x 4,2 + 0,9 = 23,9 m\n\nLtotal = 34,70 + 29,9 = 133,60 m\n\nhf = 10,646 - 133,60 - 0,063 = 3,852\n\n0,37 4,87 230\n\nA altura de lâmina d'água: 42,70 mca\nPressão na extremidade ( saída) será 42,70 mca(mantente) - 27,336 (hf) = 15,369 mca (julgante)\n\n1\" = 25,4 mm\n\nPolegada\n\nDiâmetro pequeno impedia a água de propulsar a tubulação.\nSabem usar diâmetro maior. 33/03/20\n\nCalcular a pressão a montante (mca) de reservatório da água: Darcy.\n\nDados:\nÁgua a 20ºC\nDiâmetro 3\" = 76,20 mm = 0,076 m = 0,075 m\n\nTubo galvanizado C: 320\n\nV = 2 m/s\n\nLreal = 15 + 33 + 45 + 8 + 10 + 22 + 34 + 7 = 138,70 m\n\nLequiv = 9 x 2,5 + 0,5 = 23 m\n\nLtotal = 338,70 + 23 = 363,70 m\n\n3\" -> 3 x 25,4 = 76,2 mm = 75 mm\n\nArredonda para 75 por causa de uma tabela.\n\nPortanto a pressão na extremidades ( saída)\nSolução: 7 + 3 + 34 + 5 + 0,7 = 39,70 mca.\n\nFórmulas de Darcy:\n\nhf = f * L * v² / D * 2g\n\nL = perda de carga (m)\nf = coeficiente de atrito (tabela)\nv = velocidade média (m/s)\nL = comprimento total + equivalentes dos conexos. 33/03/20\n\nD: diâmetro (m)\nf: fluxo (m³/s)\ng: aceleração da gravidade = 9,8 m/s²\n\nhf = 0,025 * 363,70² / 2 = ~ 11 mca, conforme Darcy.\n\nPressão na extremidade = 39,70 - 11 = 28,70 mca (Resposta do exercício).\n\nCalcular a pressão a montante (mca) de reservatório abaixo: \nHiggs Willians - comparando com Darcy.\n\nNome desenho de Anterior.\n\nDados:\nÁgua a 20ºC\nDiâmetro 3\" = 75 mm\nV = 2 m/s\nTubos Galvanizados\n\nLreal = 388,70 m\nLtotal = 363,70 m\nLequiv = 23 m\nC = 820\n\n3\" -> 3 x 25,4 = 762 mm = 75 mm\n\nQ = V * A\n\nQ = 2 m/s * 0,075 m² / 4 = 0,0088 m³/s 33/03/20\n\nPressão a pr100s na extremidade (junta):\n\nAp: 30.646. L (2\n d 0,689 \n C) 1852\n\nFica atento:\n\n * Se der a VAZÃO c0 o diâmetro, cevhes a \n velocidade.\n * Se der a velocidade e o diâmetro, determinar \n a Vazoço.\n\nAp: 30.646: 36.70 - 0.0088 \n 1852\n 0.025 689 \n 320\n\nHazen Williams\n\nh2 = 7.32+4.5+0.7=29.70 mca\n\naltura\n\nPressão na extremidade = 29.70 - 33.3795 = 28.30 mca + Hazen Williams\n\nPara Darcy: 29.70 mca\n\nNa aula de ligei estudaremos o dimensionamento de Bomba de Recalque.\n\nBomba de recalque na engenharia civil: Recalque \n significa diferença de cotas.\n\nExemplo:\nUma fundação recalque, significa que um lado da edificação afundou.\n\nBomba de recalque também é essa diferença de cotas. 33/03/20\n\nDimensionamento de Bombas de Recalque\n\n‘’\n\nPara a reacão cima demonstrada, defina o diâmetro \nde tubulação e a potência da bomba.\n\nDemonstries 2 função no gráfico:\n\nDados:\nQ: 880.000(L/dia), 8 horas de funcionamento (28.800 s)\n\nHoras de funcioamento: 8x60x60= 28800s\n\nDeterminação do diâmetro de sucção e recalque.\n\nPara esse cálculos utilizaremos a equação de Darcy como conceito \n de Stahli im, para determinação de melhor diâmetro desta tubulação.\n\nSendo:\nX: número de horas de funcionamento: 12hs\nO rejog de sucção um m3/s\n\nD = 3,3 * 0,333, 0,25 \nD = 0,172 m x 1000 = 172,625 mm = diâmetro mais próximo de 200mm + 8’’ 33/03/20\n\nX = B = 0,333 = 33,3% é 1/3 de tempo de funcionamento de bomba\nbajeto = 880.000(L/dia) = 30,556(L/s)\n28.800\n\nD = 3,3, 0,333, (0,20556)°5\nD = 0,172m x 1000 = 172,625 mm = diâmetro mais próximo de \n200mm + 8’’\n\nDeterminação das perdas de carga localizadas: Leguir:\n\nPeças a serem consideradas:\n1. Cabelo de raio longe= 4,3m\n5. Curvas de 45° (5,5cad=7,5m\n2. váginas de gaveta (4’’/cada) = 2,8m\n3. vávula de retenção perda: 25 m\n\nSendo termo: Leguir: = 39,60m\n\nAPS DE HIDRÁULICA - 25/04\n- Instrueça no Black board.\n- Grupo de no mínimo 6 pessoas. Posta individualmente\n- Exercícios parecido com as 2 últimas aulas.\n\n* Tem que ter 9 janelas de 5’’\n* extensão de 352 m\n* Capacidade de 4400L cada vezma força.\n* Ver qual dos métodos é o melhor.