2 Listas Hidraulica

Hidráulica Ementa Hidrometria Escoamento em Condutos Forçados Máquinas Hidráulicas Escoamento em Superfície Livre Transporte de Sólidos Escoamento em Meios Porosos Bibliografia básica AZEVEDO NETO J M Manual de Hidráulica Geral 8ed Editora Edgard Blücher 2000 BAPTISTA M B LARA M Fundamentos de Engenharia Hidráulica 2ed rev Editora UFMG 2003 PORTO Rodrigo de Melo Hidráulica Básica 3ed EESCUSP 2004 Bibliografia complementar BASTOS Francisco de Assis A Problemas de mecânica dos fluidos Rio de Janeiro Guanabara 1987 483p BABTISTA M B COELHO M M L P CIRILO J A Organizadores Hidráulica Aplicada Porto Alegre ABRH 2001 SILVESTRE Paschoal Hidráulica geral Rio de Janeiro Livros Técnicos e Científicos 1979 316p Joseph Macintyre Archibald Máquinas Motrizes Hidráulicas Editora Guanabara Dois CETESB Águas Subterrâneas e Poços Tubulares São Paulo A atividade avaliação será contemplada na resolução dos exercícios abaixo com valor de 10 pontos PRAZO DE ENTREGA 15062024 via portal acadêmico Todos os alunos deverão estar postando a resolução no portal individualmente QUESTÃO 1 Uma canalização nova feita de ferro fundido com diâmetro de 3 e 180 m de comprimento conduz água a 20ºC a uma vazão de 25 Ls Determine a perda de carga desse sistema utilizando a Fórmula Universal Utilizar o fator de atrito QUESTÃO 2 A ligação entre dois reservatórios é feita por duas tubulações em paralelo A primeira com 1500 m de comprimento 300 mm de diâmetro com fator de atrito f 0032 transporta uma vazão de 0056 m³s de água Determine a vazão transportada pela segunda tubulação com 3000 m de comprimento 600 mm de diâmetro e fator de atrito f 0024 QUESTÃO 3 Desejase instalar um medidor Parshall para monitorar as variações de vazão de entrada em uma estação de tratamento de esgoto em inicio de operação Inicialmente a vazão de trabalho da Estação é de 260 m³dia com expansões previstas nos primeiros 10 anos de uso quando sua vazão chegará ao limite de 5000 m³dia e novas expansões até 20 anos de uso quando a vazão chegará a 25000 m³dia a É possível especificar um mesmo medidor para os 20 anos de projeto Justifique b Especifique os medidores necessários ao projeto QUESTÃO 4 Determinar o diâmetro mínimo para que não ocorra cavitação numa tubulação de aspiração de uma bomba com NPSH igual a 20m A bomba trabalha com água a 75ºC A tubulação apresenta um comprimento equivalente igual a 85m incluindo a perda de carga dos acessórios O fator de atrito da tubulação é igual a 0056 O nível do líquido no reservatório de aspiração aberto à atmosfera está 25m abaixo do eixo da bomba A vazão é igual a 45m3h patm10132kPa Para a temperatura de 75ºC pv 38563 kPa ρ9749 kg m3 QUESTÃO 5 Os dados a seguir referemse ao sistema de recalque utilizando uma bomba afogada Vazão 120 m3h líquido de escoamento Água à temperatura ambiente Tubulações de ferrofundido sem revestimento para 15 anos de uso Altura de sução 5 m Altura de Recalque 16 m Diâmetro da tubulação de recalque 100 mm Diâmetro da tubulação de sucção 125 mm Comprimento da tubulação de recalque 300 m Comprimento da tubulação de sucção 15 m Acessórios na sucção 1 válvula de pé com crivo 1 curva de 90 graus raio longo Acessórios no recalque 1 válvula de retenção 1 registro de gaveta 3 curvas de 90 graus Use a fórmula de HazenWilliams C 100 para cálculo das perdas normais e o método dos coeficientes para o cálculo das perdas localizadas Considere o rendimento da bomba de 71 e o rendimento do motor elétrico de 77 Pedese a Altura manométrica 10 pts b Potencia requerida pela conjunto motorbomba Questão 6 Dimensionar um canal triangular de 45º e caracterizar o regime de escoamento com os seguintes dados Talude 11 coeficiente de rugosidade n 0030 declividade do fundo do canal de 05 vazão de 200 m³h Questão 7 Dimensionar uma adutora circular de concreto n 0013 com bom estado de conservação para transportar em regime de conduto livre à meia seção uma vazão de 400 ls de uma ETA cota 287m a um reservatório apoiado cota 227m distantes 15 km Questão 8 Qual deve ser a declividade de fundo de um canal trapezoidal com taludes 2H1V largura de base b 30 m e 2 m de altura para transportar uma vazão de 30 m3s Coeficiente de rugosidade do fundo e taludes n 0018 Questão 9 Uma partícula imersa em água levou 257 segundos para decantar em um tubo com 12 cm de profundidade Sabendo que o diâmetro da partícula é de 80105 m a água apresenta a 20ºC uma massa específica de 1000 kgm³ e viscosidade de 103 Pas determine a O regime de escoamento em que a partícula sedimenta b A massa específica da partícula Questão 10 A quantidade de água que percola através da camada de areia esquematizada na figura a seguir foi estimada em 10 m³dia por metro linear de largura Instalados dois piezômetros foram medidas as pressões indicadas Calcular o coeficiente de permeabilidade dessa areia em cms e a velocidade de escoamento do aquífero Considere a faixa de solo de 2 m como indicada na figura Equações hf 00827 ƒ ℓ Q2 D5 NPSHd patmγ hs hf pvγ Valores comerciais das potencias de motores cv Tabela 1 Potência exigida pela bomba e margem de segurança recomendada para o motor m G f H H H 1852 f 1852 487 10646Q h L C D Valores de K Peça K Peça K ampliação gradual 030 junção 040 bocal 275 medidor venturi 250 comporta aberta 100 redução gradual 015 cotovelo 90 090 registro de ângulo aberto 500 cotovelo 45 040 registro de gaveta aberto 020 crivo 075 registro globo aberto 1000 curva 90 040 saída de conduto 100 curva 45 020 tê passagem direta 060 curva 225 010 tê saída de lado 130 entrada em conduto 050 tê saída bilateral 180 entrada de borda 100 válvula de pé 175 pequena derivação 003 válvula de retenção 250 Comprimento fictício em metros das principais peças especiais para os diâmetros comerciais mais usados Tipo de Diâmetros comerciais mm Peça 50 63 75 100 125 150 200 250 300 350 Curva 90 06 08 10 13 16 19 24 30 36 44 Curva 45 04 05 06 07 09 11 15 18 22 25 Entrada Conduto 07 09 11 16 20 25 35 45 55 62 Entr borda 15 19 22 32 40 50 60 75 90 110 Reg gav Ab 04 04 05 07 09 11 14 17 21 24 Reg gl Ab 170 210 260 340 430 510 670 850 102 120 Regangulo 85 100 130 170 210 260 340 430 510 600 Tê pass Direta 11 13 16 21 27 34 43 55 61 73 Tê saída de lado 35 43 52 67 84 100 130 160 190 220 Tê saída bilater 35 43 52 67 84 100 130 160 190 220 Válvula de Pé com Crivo 140 170 200 230 300 390 520 650 780 900 Saída de canal 15 19 22 32 40 50 60 75 90 110 Válvula retenção 42 52 63 84 100 130 160 200 240 280 Q λHⁿ DIMENSÕES PADRONIZADAS DE MEDIDORES PARSHALL Wpolpé Wm Qminls Qmáxls K n 3 0075 085 5380 3704 0646 6 0150 152 11040 1842 0636 9 0229 255 25190 1486 0613 1 0305 311 45560 1276 0657 15 0460 425 69620 0966 0650 2 0610 1189 93670 0795 0645 3 0915 1726 142630 0608 0639 4 1220 3679 192150 0505 0634 5 1525 6280 242200 0436 06630 6 1830 7440 292900 0389 0627 8 2440 13070 395000 0324 0623 Wcm A B C D E F G K N 25 363 356 93 168 229 76 203 19 29 76 466 457 178 259 457 152 305 25 57 152 610 610 394 403 610 305 610 76 114 229 880 864 380 575 763 305 457 76 114 305 1372 1344 610 845 915 610 915 76 229 457 1449 1420 762 1026 915 610 915 76 229 610 1525 1496 915 1207 915 610 915 76 229 915 1677 1645 1220 1572 915 610 915 76 229 1220 1830 1795 1525 1938 915 610 915 76 229 1525 1983 1941 1830 2303 915 610 915 76 229 1830 2135 2090 2135 2667 915 610 915 76 229 2135 2288 2240 2440 3030 915 610 915 76 229 2440 2440 2392 2745 3400 915 610 915 76 229 3050 2745 4270 3660 4759 1220 915 1830 153 343 Vertedor retangular sem contração Q 838LH15 Valores de Reynolds NR DV V Número de Reynolds NR DV V Fator de atrito f Valores de 129 167 DV para água a 1550C em metros velocidade em ms Escoramento laminarf Nr Aço rebitado Concreto Adferas de madeira Ferro fundido Ferro fundido antigo Ferro fundido modificado Aço ou ferro fundido Tubos asfaltados Tubos polidos 0015 0014 8144 0395 2849 0183 8015 0901 0238 0151 0129 0097 00457 00052 0008 0006 0004 0002 0001 00006 00002 000005 e mm 010 009 008 007 006 005 004 003 002 001 0006 0004 0 002 0001 0 0006 0 0002 0 00005 3 10⁸ 2 10⁷ 4 8 10⁷ 6 8 10⁷ 2 10⁶ 4 6 8 10⁶ 5104 2 103 4 6 8 10 ⁴ 2 10 ³ 4 6 8 10 ² 10 ¹ 10 ⁰ 01 02 04 06 08 1 2 4 6 10 20 40 60 80 100 Equações Dimensionamento de canais Velocidade Q AV Bueiros Circulares Coeficiente de Armazenamento S V Ah Coeficiente de Transmissibilidade S mP m espessura do aquífero ROFª MIRELLA G F M SILVA DEP ADP HIDRÁULICA Valor 100 PONTOS A entrega deverá ser realizada via PORTAL até dia 15062024 as 2355 O trabalho deverá ser realizado individualmente O formato de entrega deve ser um arquivo PDF outro formato não será aceito Se houver postagem do mesmo arquivo por alunos diferentes para ambos a atividade será zerada ATENÇÃO PARA TODOS OS VALORES OBTIDOS COMO RESULTADO O CÁLCULO DEVERÁ SER EXPRESSO NÃO SENDO VALIDADA APENAS A RESPOSTA SEM MEMÓRIA DE CÁLCULO QUESTÃO 1 VALOR 15 pontos Utilizando um permeâmetro de carga constante com uma seção circular de Φ400mm com dois piezômetros distantes de 07m obtevese os seguintes dados Leitura no piezômetro 1 250m Leitura no piezometro 2 170m Vazão constante Q 020ℓs Determinar o coeficiente de permeabilidadeP QUESTÃO 2 VALOR 15 pontos Um poço está sendo utilizado para rebaixar o nível do lençol freático Sabese que o aquífero tem 20 metros de espessura média permeabilidade K15mdia e armazenamento S0005 Estimar o valor do rebaixamento a 7m de distância do poço bombeado ao final de um dia de bombeamento ininterrupto Dado vazão de bombeamento Q 2725 m3dia QUESTÃO 3 VALOR 10 pontos Mediante uma sedimentação desejase espessar uma suspensão de 186 gL até 1200 gL à taxa de 40 th Os dados do material em proveta são Qual o diâmetro do decantador necessário QUESTÃO 4 VALOR 10 pontos A água é transportada por um canal revestido de nata de cimento n 0012 tendo uma declividade de 00003 mm As dimensões e forma estão na figura abaixo Determine a vazão e classifique qual é o regime de escoamento QUESTÃO 5 VALOR 10 pontos Determine a perda de carga que ocorre numa tubulação de ferro fundido novo Coeficiente de Hazen Willians 130 com 500 m de comprimento diâmetro de 150 mm e que transporta uma vazão de 250 L s1 QUESTÃO 6 VALOR 20 pontos Calcular a altura de água e a velocidade de escoamento em um canal cuja seção transversal tem a forma da figura abaixo para escoar a vazão de 02 m3s sabendose que a declividade é de 04 por mil e o coeficiente de rugosidade de Manning é de 0013 QUESTÃO 7 VALOR 20 pontos Para um bombeamento de 36 m3hora de um sistema de recalque composto de tubos de ferro fundido são estabelecidas as seguintes características Sucção Ls 8 m e Hs 4 m D 250 mm Peças Válvula de pé com crivo curva de 90º Recalque Lr 22 m e Hr 12 m D 200 mm Peças Válvula de retenção curva de 90º registro de gaveta e saída de canalização Dimensione o conjunto motobomba para tal sistema Considere a temperatura de 20ºC Considere o rendimento da bomba de 68 e o rendimento do motor elétrico de 75 Utilizar fórmula universal para o cálculo de perdas de carga distribuída m G Tabela 1 Potência exigida pela bomba e margem de segurança recomendada para o motor Tabela 2 Valores comerciais das potencias de motores cv Equações hf 10 646Q 1852 L C1852 D487 Hm HG Hf H H KQ1852 m G hf 10 646Q 1852 L C1852 D487 Hm HG Hf H H KQ1852 Dimensionamento de canais Velocidade Q SV Bueiros Circulares FACULDADE BRASILEIRA Credenciada pela PortariaMEC No 259 de 11021999 DOU de 17021999 1 Φ 400mm L 070 Ep1 250m Ep2 170m Q 020 ls 02010³ m ³s S πD2² π0402² 012566 m² Q PSh₁h₂ L 02010³ P 0125662517 070 P 1392610³ ms P 013926 cms 21 b 20 m K 15 mdia S 0005 L 7 m Q 2725 m³dia transmissibilidade T Kb 15 x 20 300 m²dia Parâmetro v v r²S4T 7²000543001 0000204167 Poço de thú Wv Wv lnv 0572 Wv ln0000204167 0572 Wv 791787 Cálculo do rebaixamento S Q4πt W 27254π300 x 791787 S 572 m Q 40 th 1111111 gl Ci 186 gL Cf 1200 gl Cálculo da velocidade de Sedimentação Vs ΔZΔt V1 092 061010 31 cmh Vs 021 015025 024 cmh V2 061 043015 12 cmh V6 015 011100 004 cmh V3 043 027025 064 cmh V7 011 010200 0005 cmh V4 027 021025 024 cmh Velocidade média de Sedimentação Vs 31 12 064 024 024 004 00057 078 cmh 217106 ms Área do decantador A QVsCf Ci 1111111217106 1200 186 5090 m² Diâmetro do decantador A πD2² 5090 πD²4 D 805 m 4 n 0012 Io 00003 mm h 20 m b 40 m Características Geométricas A b x h 40 x 20 80 m2 Pm b 2h 40 2 x 20 80 m Rh APm 88 1 m Aplicando Manning Q 1n A Rh23 I Q 10012 8 123 00003 Q 11547 m32 5 C 130 Ferro Fundido L 500 m D 015 m Q 25 Ls 0025 m32 Aplicando Hazen Williams hf 10646 Q1852 L C1852 D487 hf 10646 00251852 500 1301852 015487 hf 7187 m 6 Q 02 m32 Io 4 x 104 mm n 0023 Características Geométricas A b B x H 2 1 10 H x H 2 H H²2 Pm H b x H 1 H² H² Pm 1 2 H 1 Rh APm H H²2 1 2 H 1 Aplicando a Equação de Manning Q 1n A Rh23 I 02 10023 H H²2 1 2 H 153 4 x 104 H 0319 m Q 36 m³h 001 m³s tubos de Ferro Fundido e 0259 L LSuc 8 m HSuc 4 m DSuc 025 m KSuc 175 075 040 KSuc 290 LRec 22 m HRec 12 m DRec 020 m KRec 25 040 020 101 KRec 410 o Cálculo da Velocidade V Q πD2² VSuc 001 π0252² 02637 ms VRec 001 π0202² 03183 ms o Cálculo da perda de Carga Sucção Localizada h fLocSuc KVSuc ² 2g 290 02037 ² 2 982 61 x 10 ³ m o Distribuida Rey VDV 02037 x 025 10 ⁶ 50925 ED 02591250 1036 x 10³ Pelo diagrama de Moody f 004 Aplicando a Eq Universal h fSuc fLVSuc ² 2gDSuc 004802037 ² 2981025 2710 ³ m Recalque Perda de Carga Localizada h fLocRec KVRec ² 2g 410 03183 ² 2 981 00212 m Perda de Carga distribuida Rey VD V 03183 020 10 ⁶ 63660 ED 02591200 12955 x 10³ Pelo diagrama de Moody temos f 0037 Aplicando a Equação Universal h fDistRec fLRecVRec ² 2gDRec 0037 22 03183² 2 981 020 00210 m o Calculo de Hm Hm HSuc HRec h fSuc h fRec Hm 4 12 61 x 10 ³ 27 x 10 ³ 00212 0021 Hm 16051 m Calculo da Potência da Bomba η ηbomba x ηmotor 068 x 075 051 Pot γQHm75η 1000x001x1605175051 420 cv Para bomba de 2a Serv é recomendado uma margem de segurança de 30 Pot 420 x 130 546 cv Logo devese utilizar uma bomba potência do motor comercial de 712 cv 1 Ferro fundido Q 25103 m3s D 3 0075 m µ 106 m2s Água 20C L 180 m Para ferro fundido novo temos ε 025 a 050 de acordo com a tabela 22 do Livro do Porto Será utilizado o valor de ε 02591 como apresentado no Ábaco Velocidade V QA 25103π007522 05659 ms Reynolds Re VDµ 056590075106 424425 εD 025911030075 3455103 Para 106 εD 102 e 5103 Rey 108 será calculado o fator de atrito pela eq de SwameeJain f 025logε37D 574Rey092 025log02591103007537 574424425092 00276 Perda de Carga Pela formula Universal hf fV2L2gD 0027605659218029810075 1081 m 21 tubulação em Paralelo hf1 hf2 L1 1500 m L2 3000 m D1 030 m D2 060 m f1 0032 f2 0024 Q1 0056 m3s Q2 V1 Q1A1 0056π03022 07922 ms hf1 f1L1V122gD1 003215000792222981030 64606 m Sendo as tubulações paralelas hf1 hf2 64606 hf2 f2L2V222gD2 64606 00243000V222981060 V2 10278 ms Vazão na tubulação 2 Q2 V2 A2 10278 π 0602 2 Q2 02906 m3s 3 Q0 260 m3dia 30 ls Q10 5000 m3dia 5787 ls Q20 25000 m3dia 28935 ls Vazão mínima 30 ls Vazão máxima 28935 ls a Não é possível especificar um medidor para os 20 anos de projeto pois nenhuma calibração Panshull apresentada na tabela Dimensões padronizadas de medidores Panshull comportam a vazão mínima de 30 ls e a vazão máxima de 28935 ls para a mesma dimensão b Para o horizonte de 10 anos Qmin 30 ls Qmax 5787 ls Podese utilizar tanto a calibração Panshull com dimensões de 6 e 9 A partir dos 20 anos em que a vazão 28935 ls deverá utilizar a calibração Panshull com a dimensão de 1 41 D f 0056 Q 45 m3h 00225 m3s NPSHreq 20 m Z 25 m água 75C Patm 10132103 Pa Ltotal 85 m Pvapor 38563103 Pa ρ 9749 kgm3 Para não ocorrer cavitação NPSHd NPSHreq 20 m NPSHd Patmγ hs hf Pvaporγ 20 10132103 9819749 25 hf 38563103 9819749 hf 2062 m hf f L V2 2 g D f L Q π D22 2 2 g D 2062 0056 85 00125 π 01222 2 981 D D 01244 m 51 Q 120 m3h 1203600 m3s tubulação de ferro fundido sem revestimento para 15 anos de uso C 100 Hsuc 5 m Hrec 16 m Drec 010 m Lrec 300 m Lrectotal 313 m Dsuc 0125 m Lsuc 15 m Lsuctotal 466 m Acessórios de sucção Leq 1 válvula de pé com crivo 300 m 1 curva de 90 graus raio longo 16 m 316 m Acessórios recalque Lcq 1 válvula de retenção 84 m 1 registro de gaveta 07 m 3 curvas de 90 graus 3 x 13 m 13 m Cálculo das perdas de carga sucção hf suc 10646 Q1852 Ltotalsuc C1852 Dsuc487 10646 12036001852 466 1001852 0125487 4508 m Recalque hf 10646 Q1852 Lrecalquetotal C1852 Drecalque487 10646 12036001852 313 1001852 010487 8976 m Altura manométrica Hm Hs Hrec htsuc htrec 5 16 4508 8976 115268 m b Potência do motor bomba Pot γ Q Hm 75 m 1000 1203600 115268 75 071 077 93708 cv c Z 1 η 0030 I 05 5103 mm Q 200 m3h 2003600 m3s Propriedades geométricas A Z y2 y2 Pm 2y sqrt1 Z2 2y sqrt1 12 2 sqrt2 y Rh APm Aplicando a Eq de Manning Q 1η A Rh23 sqrtI 2003600 1003 y2 y2 2 sqrt2 y 23 sqrt0005 Logo temse y 0319 m Cálculo do número de Froude para caracterização do regime Fr V sqrtg y 2003600 sqrt982 0319 0309 Sendo Fr 10 logo o regime é Subcrítico O canal deve ter a altura mínima de 0319 m 7 Q 040 m3s ΔZ 287 227 60 m η 0013 L 15 103 m I ΔZ L 60 15 103 4 103 mm Seria dimensionado a tubulação para máxima capacidade de vazão hD 095 K 0334 Q Kη D2667 sqrtI 040 0334 0013 D2667 sqrt4 103 D 0591 m Logo D comercial 600 mm 8 talude 2H 1V E 2 Q 3 m3s b 3 m η 0018 h 20 m Características geométricas do escoamento A b E h h 3 2 20 20 14 m2 Pm b 2 y sqrt1 E2 3 2 2 sqrt1 22 11944 m Rh A Pm 14 11944 Aplicando a Eq de Manning Q 1η A Rh 23 sqrtI 30 10018 14 11944 11944 23 sqrtI I 12 105 mm 9 Δt 257 Δ temp 20C L 012m ρf 1000 Kgm³ Dp 8010⁵ m μf 10³ Pas a VR LΔT 012257 ms Rep dp VR ρf μf 8010⁵ 012257 1000 10³ 373 Para 04 Rep 500 temos o regime de transição b Massa específica da partícula VR 4225 ρpρfρf μf g²13 dp 012257 4225 ρp 1000100010³² 981²13 8010⁵ ρp 101078 Kgm³ 32 10 Q 10 m³ dia mn 1157407 cm³s h1 h2 4 m 400 cm L 100 m 10⁴ cm S 2 m² 2 10⁴ cm² Q PSh1h2l 1157407 P 2 10⁴ 400 10⁴ P 14468 cms V QA 1157407 210⁴ 05787 cms