Hidráulica

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 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 Peça Diâmetros comerciais mm 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 129 167 DV para água a 155ºC em metros velocidade em ms Escoamento laminar f NR Rugosidade relativa ED 010 009 008 007 006 005 004 003 002 001 0006 0004 0003 0002 0001 00006 00004 00002 00001 000005 Aço rebitado Concreto Adulares e madeira Ferro fundido Ferro fundido analis Cubo Ferro fundido médio Aço ou ferro fundido Tubos esmaltados Número de Reynolds NR DV V Faktor de atrito f Equações Dimensionamento de canais Velocidade Q AV Bueiros Circulares Coeficiente de Armazenamento S V Ah Coeficiente de Transmissibilidade S mP m espessura do aquífero 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 25103π 007522 05659 ms Reynolds Re VDμ 05659 0075 106 424425 εD 025911030075 3455103 Para 106 εD 102 e 5103 Rey 108 será calculado o fator de atrito pela eq de SwameeJain f 025 log ε 37D 574 Rey09 2 025 log 02591103 007537 574 42442509 2 00276 Perda de carga pela formula universal hf fv2L 2gD 00276056592180 29810075 1081 m 21 tubulações 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 0056 π03022 07922 ms hf1 f1L1V12 2gD1 00321500079222 2981030 64606 m Sendo as tubulações paralelas hf1 hf2 64606 hf2 f2L2V22 2gD2 64606 00243000V22 2981060 V2 10278 ms Vazão na tubulação 2 Q2 V2A2 10278π06022 Q2 02906 m3s 3 Qo 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 Panshell apresentada na tabela Dimensões padronizadas de medidores Panshell 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 Qmáx 5787 ls Podese utilizar tanto a calibração Panshell com dimensões de 6 e 9 A partir dos 20 anos em que a vazão 28935 ls deverá utilizar a calibração Panshell com a dimensão de 1 41 D f 0056 Q 45 m3h 00225 m3s NPSH req 20 m ζ 25 m Água 75 C P atm 10132103 Pa L total 85 m p vapor 38563103 Pa ρ 9749 kgm3 Para não ocorrer cavitação NPSHd NPSH req 20 m NPSHd Patm γ hs hf Pvapor γ 20 10132103 9819749 25 hf 38563103 9819749 hf 2062 m hf fLV2 2gD fLQπD1222 2gD 2062 00568500125π01222 2981D D 01244 m S1 Q 120 m³h 1203600 m³s tubulação de Ferro fundido sem revestimento para 15 anos de uso C100 HSuc 5m HRec 16m DRec 010 m LRec 300 m LRectotal 313 m DSuc 0125 m LSuc 15 m LSuctotal 466 m Acessórios de Sucção Lcq 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 3x 13 m 13 m Cálculo das Perdas de carga Sucção hfSuc 10646 Q1852 LtotalSuc C1852 DSuc487 10646 12036001852 466 1001852 0125487 4508 m Recalque hf 10646 Q1852 LRectotal C1852 DRec487 10646 12036001852 313 1001852 010487 8976 m Altura manométrica Hm Hs HRec hfSuc hfRec 5 16 4508 8976 115268 m b Potência do Motor Bomba Pot γ Q Hm 75 η 1000 1203600 115268 75 071 077 93708 CV 6 Z 1 n 0030 I 05 5 103 mm Q 200 m³h 2003600 m³s Propriedades Geométricas A Z y2 y2 Pm 2y sqrt1Z2 2y sqrt112 2sqrt2 y Rh APm Aplicando a Eq de Manning Q 1n A Rh23 sqrtI 2003600 1003 y2 y22sqrt2 y 23 sqrt0005 Logo temse y 0319 m Cálculo do número de Froude para caracterização do regime Fr V sqrtg y 200360003192 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 η 0013 ΔZ 287227 60 m L 1510³ m I ΔZL 601510³ 4103 mm Será dimensionado a tubulação para a máxima capacidade de vazão hD 095 K 0334 Q Km D2667 sqrtI 040 03340013 D2667 sqrt4103 D 0591 m Logo D comercial 600 mm 81 talude 2H1V E2 Q 3 m³s b 3m M 0018 h 20m Características Geométricas do Escoramento A b Ehh 3 22020 14 m² Pm b 2y 1E² 3 2 2 12² 11944 m Rh APm 1411944 Aplicando a Eq de Manning Q 1n A Rh²³ I 30 10018 14 14411944 ²³ I I 12 10⁵ mm 91 ΔT 257Δ temp 20C L 012m ρf 1000 Kgm³ Dp 80 10⁵m μf 10³ Pas a VR LΔT 012257 ms Rep Dp VR ρf μf 80 10⁵ 012257 100010³ 373 Para 04 Rep 500 temos o regime de transição b Massa específica da partícula VR 4225 ρpρf²ρf μf g² ¹³ Dp 012257 4225 ρp1000²1000 10³ 981² ¹³ 80 10⁵ ρp 101078 Kgm³ 101 Q 10 m³diam 1157407 cm³s h1 h2 4m 400cm L 100 m 10⁴ cm S 2 m² 2 10⁴ cm² Q ρ S h1 h2 l 1157407 ρ 2 10⁴ 400 10⁴ ρ 14468 cms V QA 1157407 2 10⁴ 05787 cms