Trabalho Avaliativo de Hidráulica - Exercícios Resolvidos e Análise

FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Engenharias Multivix Serra Trabalho Avaliativo Disciplina DEPADAP Visto do Coordenador Nome do aluno Heliene Silva de Jesus Pimentel Matrícula Disciplina Hidráulica Professora Período DEPENDÊNCIA ADAPTAÇÃO Turma Valor 10 Nota obtida Data da entrega 03112023 Desenvolva o trabalho abaixo com apoio do Manual de Trabalhos Acadêmicos caso seja necessário já postado no portal do aluno Observações importantes 1 O trabalho será realizado de maneira INDIVIDUAL visto que a disciplina é de dependência 2 O trabalho deverá ser postado no portal dentro da data limite de 03112023 em formato PDF 3 Não haverá apresentação oral do trabalho O aluno será avaliado apenas pela parte escrita Ótimo trabalho FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Questão 1 O sistema de abastecimento de água de uma localidade é feito por um reservatório principal com nível dágua suposto constante na cota 812m e por um reservatório de sobras que complementa a vazão de entrada na rede nas horas de aumento de consumo com nível dágua na cota 800m No ponto B na cota 760m iniciase a rede de distribuição Para que valor particular de vazão de entrada na rede Qb a linha piezométrica no sistema é a mostrada na figura abaixo Determine também a carga de pressão disponível em B o material da adutora é aço soldado novo C130 Desprezar as perdas de carga localizada e as cargas cinéticas nas tubulações Questão 2 No sistema de abastecimento dágua mostrada na figura todas as tubulações têm fator de atrito f 0021 e no ponto B há uma derivação de 50 ls o sentido da vazão é de A para C Desprezando as perdas de carga localizadas e as cargas cinéticas determine a carga de pressão disponível no ponto A FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Questão 3 A instalação mostrada na figura abaixo tem diâmetro de 50mm em ferro fundido com oxidação média Ɛ07mm Os coeficientes de perdas de carga localizada são entrada e saída da tubulação K 10 cotovelo de 90º K09 curvas de 45º K02 e registro de ângulo aberto K50 Determine utilizando a fórmula universal de perda de carga a A Vazão transportada com uma tolerância de erro de 7 b Querendose reduzir a vazão para 196ls pelo fechamento parcial do registro calcule qual deve ser a perda de carga localizada no registro e qual o seu comprimento equivalente Questão 4 A ligação entre dois reservatórios mantidos em níveis constantes é feita por duas tubulações em paralelo A primeira com 1500m de comprimento 300mm de diâmetro com fator de atrito f0032 transporta uma vazão de 0056 m³s de água Determine a vazão transportada pela segunda tubulação com 3000m de comprimento 600mm de diâmetro e fator de atrito f0024 FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Questão 5 Qual a área molhada perímetro molhado e raio hidráulico das seguintes seções trans versais medidas em metros Questão 6 Uma tubulação vertical de 200 mm de diâmetro apresenta em um pequeno trecho uma seção contraída de 100 mm em que a pressão é de 1 atm A 4 metros acima desse ponto a pressão elevase para 18 mca Calcule a velocidade e a vazão no trecho de diâmetro 200 mm Considere escoamento permanente e sem perda de energia Questão 7 O tanque tem uma entrada e uma saída de água Determine a altura H do tanque em função da área A velocidade de entrada V1 em um bocal com diâmetro d1 e velocidade de saída V2 em um bocal com diâmetro d2 após um intervalo de tempo t sendo que o tanque se encontrava vazio Determine também o tempo de enchimento do tanque conforme os dados H 10 m A 25 m2 V1 07 ms d1 20 cm V2 3 ms d2 15 cm FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Questão 8 Qual a opção que melhor define a diferença entre escoamento laminar e turbulento a Ambos possuem comportamento errático e aleatório a diferença é que o escoamento turbulento é tridimensional e o laminar é bidimensional b O escoamento laminar se desenvolve de forma desordenada em diversas direções enquanto o escoamento turbulento é ordenado e se desenvolve em uma única direção c Ambos possuem um comportamento previsível em que é simples identificar a trajetória das partículas a diferença é que o escoamento turbulento possui interações macroscópicas entre as camadas do escoamento e o laminar não d O escoamento turbulento é errático com a velocidade das partículas variando até 20 da velocidade média e se movimentando tridimensionalmente de forma sobreposta ao fluxo da corrente enquanto o escoamento laminar se desenvolve em uma trajetória bem definida como se houvesse camadas imaginárias de escoamento que não interagem entre si e O escoamento laminar amortece perturbações que nele ocorram por isso é mais comumente encontrado na natureza em rios e corredeiras O escoamento turbulento devido a seu caráter aleatório é difícil de ser identificado em escoamentos naturais Questão 9 Os dados a seguir referemse ao sistema de recalque representado na figura abaixo Vazão 100 m3h líquido de escoamento Água à temperatura ambiente Pressão necessária no ponto B 34323 kPa Tubulações de ferrofundido sem revestimento para 15 anos de uso C100 Diâmetro da tubulação de recalque 125 mm Diâmetro da tubulação de sucção 150 mm Comprimento da tubulação de recalque 250 m Comprimento da tubulação de sucção 5 m Acessórios na sucção 1 válvula de pé com crivo 374 m 1 curva de 90 graus raio longo 21m Acessórios no recalque 1 válvula de retenção tipo pesada 139m 1 registro de gaveta 12m 3 curvas de 90 graus raio longo 16m Use a fórmula de HazenWilliams para cálculo das perdas normais e o método dos comprimentos virtuais para o cálculo das perdas localizadas FACULDADE MULTIVIX SERRA Recredenciamento pela portaria MEC n 767 de 22 de jun ho de 2O17 publicada no DOU em 25 de jun ho de 2O17 S E R RA Pedese Potência necessária à bomba para a realização do trabalho considerando um rendimento do conjunto de 60 Questão 10 A figura abaixo apresenta um sifão Sabendo que a pressão no ponto S do sifão deve ser maior que 60 kPa em pressão relativa e desprezando as perdas de carga determine a velocidade da água γa10 4 Nm³ no sifão e a máxima altura que o ponto S pode ter em relação ao ponto A 1 J ΔhL 812 800 1650 420 0011215 Cálculo da Vazão no trecho AB J 1065Q¹⁸⁵ C¹⁸⁵D⁴⁸⁷ 0011215 1065QAB¹⁸⁵ 130¹⁸⁵015⁴⁸⁷ QAB 002166 m³s Cálculo da Vazão no trecho BC J 1065QBC¹⁸⁵ C¹⁸⁵D⁴⁸⁷ 0011215 1065QBC¹⁸⁵ 130¹⁸⁵020⁴⁸⁷ QBC 744810³ m³s Vazão Q3 Q3 QAB QBC 002166 744810³ 0014212 m³s Q3 14212 Ls Cálculo da Pressão no Ponto B Aplicando o Balanço Global de Energia entre A e B EA PAγ VA²2g EB PBγ VB²2g ΔhAB 812 760 PBγ 0011215650 PBγ 4471 mca 2 Determinando o Comprimento equivalente no trecho em paralelo DEˢ fELE Σ DIˢ fILI 020ˢ 0021LE 020ˢ 0021790 015ˢ 0021810 LE 36013 m Cálculo da perda de carga trecho AB ΔhAB 8fLQ² π²gD⁵ 8002110003010³² π²981020⁵ 488 m Cálculo da perda de carga trecho BC Δhac 8fLQ² π²gD⁵ 80021360132510³² π²981020⁵ 122 m Cálculo da Pressão no ponto A Aplicando o Balanço Global de Energia de A para C EA PAγ VA²2g EC PCγ VC²2g Δhac 7954 PAγ 8105 488 122 PAγ 212 m 3 Aplicando o Balanço Global de Energia entre 1 e 2 E1 P1γ V1²2g E2 P2γ V2²2g Δhtotal 50 45 Δh Δhtotal 5m Cálculo da perda de cargas Δhtotal Δhoist Δhloc Δhtotal fLV²2gD KV²2g S f45V22981005 83V22981 S V22981 f45005 83 900f 83 V2 98 I Como não conhecemos f e V mas temos ED será litio a resolução pelo método iterativo ate o erro 7 Com as equações desenvolvidas a seguir Rey VDμ 4QPDμ 4Qπ 005106 2546479089Q II f calculado por SwameeJain f 025logε370 574Ry092 025log073750 574Ry092 III Desenvolvendo a equação I para a incógnita da vazão ao inverso da velocidade temos 900f 831 QπD22 98 900f 831 4QπD22 98 6900f831 4Qπ00522 98 IV 1ª Iteração Q 28 ls 28 103 m3s Rey 713014145 f 0044 hf 9667 m Erro 98 966798 x 100 1357 7 OK Logo temos que Q 28 ls b Para a vazão de 196 ls temos Rey 4 196 103π 005 106 4991099 f 025log073750 5744991099092 0044 Desenvolvendo a equação IV para esse caso 900 f 831 4Qπ0052 hf Reg 98 900 0044 831 4 196 103π 0052 hf Reg 98 hf Reg 5027 m Comprimento Equivalente hf Reg 8 f Q2 Lπ2 g D5 5027 8 0044 196 1032 Leqπ2 981 0055 Leq 112479 m 41 Como a ligação é em paralelo temos que a perda de carga nas duas são iguais hf1 hf2 8 f1 L1 Q12π2 g D15 8 f2 L2 Q22π2 g D25 0032 1500 00562 0305 0024 3000 Q22 0605 Q2 02587 m3s 5 Seção Retangular Área b x h 20 x 2 40 m2 Pm b 2 h 20 2 x 2 24 m Rh APm 4024 1667 m Seção trapzoidal Area B bh 2 4 22 2 6 m² X 1² 2² 5 Pm b 2X 2 25 6472 m Rh A Pm 6 6472 0927 m Seção Circular considerando totalmente cheia A πD2² π32² 7068 m² Pm 2πD 2 π3 9425 m Rh A Pm 7068 9425 075 m 6 D1 020 m D2 010 m P1 18 atmca P2 1 atm 0 mca E1 4 m E2 0 m Pela continuidade encontrasse a relação de V1 e V2 Q1 Q2 V1πD12² V2πD22² V1020² V2010² V2 4V1 Aplicando o balanço global de energia E1 P1γ V1²2g E2 P2γ V2²2g 4 18 V1²2981 4V1²2981 V1 5364 ms Q V1A1 V1πD12² 5364π0202² 01685 m³s 7 Vazão de entrada Q1 V1A1 V1πD12² 07π0202² 0022 m³s Vazão de Saída Q2 V2A2 V2πD22² 3π0152² 0053 m³s Vendo que a vazão de saída é maior que a de entrada não vai encher nunca Considerando V2 030 ms temos a nova vazão de saída Q2 V2πD22² 030π0152² 00053 m³s Vazão de enchimento Qench Q1 Q2 00167 m³s t Vol Q t 2510 00167 1497 s Questão 8 Letra D O escoamento turbulento é errático com a velocidade das partículas variando até 20 da velocidade 9 Cálculo das perdas de cargas Q 1003600 m³s C 100 Sucção Dsuc 015 m Lsuc 5 m Lsuc real Leqsuc 374 21 395 m Ltotal suc 395 5 445 m hf suc 1065Q185 Ltotal suc C185 Dsuc487 10651003600185 445 100185 015487 1285 m o Recalque D rec 0125 m L Real Rec 250 m Leq Rec 139 12 316 199 m h f Rec 2065 Q 185 L total Rec 487 185 487 2065 1003600 185 2699 100 185 0125 18943 m o Balanço Global de Energia Calculase H m Z A P A γ V A2 2g H m Z B P B γ V B2 2g h total H m 23 2 3432 10 3 9820 128943 1285 H m 80213 m Cálculo da Potência da Bomba Pot γ Q H m 75 η 1000 1003600 80213 75 060 49514 cv 101 Cálculo da Velocidade Aplicando o Balanço Global de Energia entre A e B é possível calcular V 16 V B2 210 V B 5657 ms Cálculo da altura do Sifão Aplicando o Balanço Global de Energia entre A e S Z A P A γ V A2 2g Z S P S γ V S2 2g Z S Z A 6010 3 104 56572 210 Z S Z A 44 m