Exercícios Resolvidos Hidráulica - Vazão, Escoamento e Perda de Carga

1UFC 2016 Uma medição de vazão foi realizada ao longo de 5 subseções transversais onde seus respectivos valores de área encontramse explicitados na seguinte tabela Marque a opção que traz o valor da velocidade média da água a 233 ms b 15 ms c 20 ms d 120 ms e 240 ms 2UFC 2016 Considere um canal de seção trapezoidal no qual apresenta um escoamento em regime permanente e uniforme sendo a v a velocidade no interior do canal y correspondente à profundidade no nível dágua I define a declividade e A referese à área molhada Alterando declividade I numa análise qualitativa do problema quais alterações ocorrerão nas variáveis citadas a Reduzindo I v reduz y reduz A aumenta b Aumentando I v aumenta y aumenta A aumenta c Aumentando I v aumenta y diminui A diminui d Aumentando I v não se altera y diminui A diminui e Reduzindo I v não se altera y aumenta A não se altera 3Adaptado de ITAIPU 2011 Para se calcular as perdas de cargas distribuídas nos condutos forçados de seção circular de diâmetros superiores a 50 milímetros é muito comum se utilizar a fórmula de HazenWilliams na qual hf 10643C185 D 487 Q185 L Nessa expressão é correto afirmar que a hf é a perda de carga unitária em mcam b C é um coeficiente adimensional que tem relação com as paredes do conduto c Q é a vazão do fluido em m2s d C é o coeficiente de rugosidade do tubo e não se relaciona com o material do mesmo e D é a distância do trecho de tubulação considerado para o cálculo em metros 4STUDART 2015 Água escoa em tubo novo de ferro fundido galvanizado se o diâmetro 50mm a vazão de 0010m³s e a perda de carga de 60m por cada 50m de comprimento horizontal do tubo Um engenheiro diz que há uma obstrução no tubo Você concorda ou discorda Temperatura 16º C a Realizando os cálculos quando a perda de carga medida é maior que o valor encontrado tal valor não significa que há uma obstrução b Realizando os cálculos a perda de carga medida não é maior que o valor encontrado por isso tal valor não significa que há uma obstrução c Não é necessário realizar cálculos para isso d Realizando os cálculos a perda de carga medida é igual ao valor encontrado por isso tal valor não significa que há uma obstrução e Realizando os cálculos a perda de carga medida é maior que o valor encontrado o que indica que provavelmente há uma obstrução 5 SADMT 2006 As redes de distribuição de água das cidades as instalações prediais e os sistemas de recalque são alguns exemplos do escoamento em condutos forçados O reservatório de distribuição de um sistema de abastecimento de água tem a função de a Prover a carga piezométrica requerida para o escoamento forçado na rede de distribuição de água delimitar a abrangência da rede de distribuição de água sob sua influência satisfazer às variações de consumo horário da água b Delimitar a abrangência da rede de distribuição de água sob sua influência armazenar água para satisfazer às variações de consumo horário da água armazenar água para situações de emergência c Prover a carga piezométrica requerida para o escoamento forçado na rede de distribuição de água delimitar a abrangência da rede de distribuição de água sob sua influência satisfazer às variações de consumo horário da água armazenar água para situações de emergência d Prover a carga piezométrica requerida para o escoamento forçado na rede de distribuição de água delimitar a abrangência da rede de distribuição de água sob sua influência armazenar água para situações de emergência e Prover a carga piezométrica requerida para o escoamento forçado na rede de distribuição de água delimitar a abrangência da rede de distribuição de água sob sua influência satisfazer às variações de consumo diário da água armazenar água para situações de emergência 6Adaptado de CESPE 2013 Além dos rios que são condutos livres naturais podemos ressaltar ainda os canais artificiais como por exemplo as canalizações de saneamento A propósito de hidráulica e hidrologia aplicadas ao saneamento assinale a opção correta a Os coletores de esgoto sanitário quando dimensionados para funcionar como condutos livres devem ficar em regime de escoamento permanente e podem eventualmente ser uniformes sendo o valor máximo da lâmina da água para a vazão final igual ou inferior a 75 do diâmetro do coletor circular calculado b No escoamento livre quando a declividade da canalização for maior que a declividade crítica para o tirante inicial constante haverá aumento da vazão e da velocidade com redução da altura da lâmina de água a jusante do início do escoamento c Para que não se produza um remanso nos coletores afluentes aos poços de visita é necessário que o nível da água do coletor de jusante fique situado na mesma cota do maior valor dos níveis de água considerados nos coletores de montante d O nível de entrada do medidor de vazão hidráulico do tipo Parshall deve ser equiparado ao nível do fundo do canal de condução de esgoto onde deve ser colocada grade ou desarenador para manter a velocidade inalterada e A declividade de instalação do coletor de esgoto deve ser a mínima possível em terreno plano ou ter elevação de montante para jusante já que a profundidade do coletor de esgoto aumenta ao longo do trecho 7UFCG 2016 Quando se pretende direcionar o jato do fluxo e alterar o coeficiente de vazão de um orifício adicionase certo tubo com comprimento variando de 15 a 50 vezes o diâmetro do orifício e mesma geometria Este dispositivo é chamado de a Bocal b Medidor Venturi c Tubo de Pitot d Vertedor e Orifício 8Adaptado de FUNDEP 2016 A adequada definição dos hidrogramas de projeto nos diversos pontos notáveis do sistema de drenagem é uma atividade essencial para o sucesso da medida proposta Sobre os estudos hidrológicos voltados à drenagem urbana é INCORRETO afirmar a Com relação aos dados pluviométricos estão disponíveis para as principais cidades brasileiras os dados de frequência das chuvas b Nos projetos de canalização o parâmetro mais importante a se considerar é a vazão de projeto c Em virtude da carência de dados fluviométricos que poderiam subsidiar análises estatísticas de cheias normalmente são adotados dados empíricos obtidos de observações in loco para a definição dos hidrogramas de projeto d Os projetos de sistemas de drenagem urbana são essenciais para as cidades e se falharem as cidades tornamse sujeitas às inundações e Os dados necessários à elaboração desses estudos compreendem as características hidráulicas 9Adaptado de FUNDEP 2016 No que diz respeito aos sistemas de drenagem de águas pluviais elementos componentes da microdrenagem urbana assinale a alternativa correta a A microdrenagem urbana se inicia nas edificações em seus coletores pluviais prossegue nos escoamentos das sarjetas e entra nos bueiros e nas galerias b Boca de lobo dispositivo semelhante a uma cavadeira destinado à perfuração vertical de orifício no solo que permite a remoção do material escavado à medida que o orifício se aprofunda c Poços de visita Calhas localizadas nos cruzamentos de vias públicas formadas pela sua própria pavimentação e destinadas a orientar o escoamento das águas sobre as sarjetas d Sarjeta elemento de drenagem das vias públicas A calha formada é a receptora das águas pluviais que não incidem sobre as vias e Tubos de ligações são canalizações destinadas a conduzir as águas pluviais captadas nos poços de visita 10Leia o trecho abaixo e responda a questão Enchentes no Rio Grande do Sul fazem 490 famílias saírem de casa Por causa das enchentes no Rio Grande do Sul 490 famílias tiveram que sair de casa Já são cinco dias de chuva sem parar Em Santa Maria foi encontrado no fim da tarde o corpo do agricultor Valdenir dos Santos Gomes de 37 anos que estava desaparecido desde segundafeira O rio que passa por São Sebastião do Caí na Região Metropolitana de Porto Alegre transbordou e alagou 65 da cidade G1 GLOBO 2016 A seguir as alternativas listam as possíveis causas do fenômeno descrito no texto EXCETO a Retirada da mata ciliar dos cursos dágua b Assoreamento c Infiltração da água da chuva no solo d Impermeabilização do solo e Erosão do solo 11Sobre a elaboração e a construção de projeto de sistemas pluviais algumas diretrizes devem ser consideradas a fim de se fazer o correto dimensionamento e para que esses sistemas sejam eficazes Neste contexto assinale a alternativa correta a Para o dimensionamento de uma rede de águas pluviais o cálculo da vazão já é o bastante para o projeto b As condições topográficas locais não interferem no projeto de um sistema pluvial c Para a obtenção dos dados das precipitações e vazões de projeto de macrodrenagem são utilizados os dados obtidos diretamente das curvas IDF e a vazão de projeto é obtida pelo Método Rational d A capacidade de condução da rua ou da sarjeta deve ser calculada levando em consideração a água escoando por toda a calha da rua e Nos projetos de drenagem urbana pluvial são consideradas apenas as bases hidráulicas 12CISPARPR 2020 O planejamento urbano embora envolva fundamentos interdisciplinares na prática é realizado dentro de um âmbito mais restrito do conhecimento O planejamento da ocupação do espaço urbano no Brasil através do plano Diretor Urbano não tem considerado aspectos de drenagem urbana e qualidade da água que trazem grandes transtornos e custos para a sociedade e para o ambiente httpwwwaguasparanaprgovbr Sobre os impactos ocasionados assinale a alternativa INCORRETA a Vinculação de doenças hídricas b Aumento das vazões máximas devido ao aumento da capacidade de escoamento através de condutos e canais e impermeabilização das superfícies c Deterioração da qualidade da água superficial e subterrânea devido à lavagem das ruas ao transporte de material sólido e às ligações clandestinas de esgoto sanitário e pluvial d Diminuição da produção de sedimentos devido à desproteção das superfícies e à produção de resíduos sólidos e Contaminação de aquíferos 13Questao aberta Elabore um único texto seguindo a seguinte ordenação respondendo ao que se pede Introdução Explique no que consiste a equação da continuidade e como ela explica o comportamento de um escoamento onde há modificações na seção do canal Como o número de Reynolds é utilizado para definir um escoamento Explique o Teorema de Bernoulli Cite e explique um equipamento de utilização prática baseado nos princípios desse teorema Conceitue perda de carga e diferencie perda localizada de perda contínua Explique sua atuação na variação da carga de pressão no escoamento Explique o golpe de aríete Em escoamento sobre vertedor explique a influência da contração lateral para o escoamento do fluido ConclusãoAcrescente imagens para auxiliar a compreensão do texto e as referencieColoque todas Referências utilizadas no decorrer do seu trabalho no finalUtilize a letra do tipo Times New Roman tamanho 12 de 2000 a 5000 caracteresNão copie textos ou trechos de textos sem referenciálos Caso isso ocorra sua produção textual e relatórios estará comprometida e logo a sua pontuação também Q total 3 4 7 6 4 24 m³2 A total 2 2 3 4 1 12 m² V médio 2412 2 m2 2 V Lm Rh 23 sqrtI I V A Y Q An Rh 23 sqrtI I V A Y 41 D 005 m L 50 m Q 001 m³2 hf 10643 Q185 L C185 D487 10643 001185 50 130185 005487 2826 m Q total 3 4 7 6 4 24 m³2 A total 2 2 3 4 1 12 m² V médio 2412 2 m2 2 V Lm Rh 23 sqrtI I V A Y Q An Rh 23 sqrtI I V A Y 41 D 005 m L 50 m Q 001 m³2 hf 10643 Q185 L C185 D487 10643 001185 50 130185 005487 2826 m 1 C 2 ms 2 C 3 B 4 E 5 C 6 C 7 A 8 E 9 A 10 C 11 D 12 D 13 Para o entendimento de hidráulica e posteriormente suas aplicações é de fundamental importância o conhecimento de conceitos básicos dentre eles podese citar perda carga equação da continuidade número de Reynolds teorema de Bernoulli golpe de aríete vertedor e entre outros De forma simplificada a equação da continuidade pode ser escrita pela equação abaixo QV Aseçã o Sendo a vazão constante a velocidade e a área da seção são inversamente proporcionais com isso em um escoamento em que a área da seção do canal há variações mas a vazão permanece constante é possível obter a variação da velocidade de acordo com a variação do canal e fazer relações com esse conhecimento facilita aplicações de outros conceitos Fonte httpsmundoeducacaouolcombrfisicaequacaocontinuidadehtm Existem três tipos de escoamentos e eles podem ser definidos pelo número de Reynolds que é um número adimensional seguindo os valores de referência abaixo Rey 2000 Escoamento laminar 2000 Rey 2400 Escoamento de Transição Rey 2400 Escoamento Turbulento Assim como diversos estudos físicos existe o conceito de energia e conservação o teorema de Bernoulli é o princípio de conservação de energia aplicada em fluídos sendo o somatório das parcelas cinética potencial e de fluxo em um ponto do escoamento conforme apresentado na equação V ² 2 P p ghcte Sua aplicação pode ser visualizada em diversos equipamentos por exemplo o Tubo de Pitot que é um instrumento de medição de velocidade utilizados na aviação Fonte httpshidraulicatolentinoprobrbernoulliprathtml A construção e o desenvolvimento do tubo de Pitot é feito conforme analisando a imagem a seguir e aplicando Bernoulli nos pontos A e B Fonte httpshidraulicatolentinoprobrbernoulliprathtml modificado No ponto B não temos velocidade e A e B estão na mesma cota portanto aplicando Bernoulli temos V a 2 2 Pa p g zV b 2 2 Pb p ghz V a 2 2 Pa p Pb p V a2 PbPa Entretanto como na realidade não existem fluídos ideais em que não há perda de carga no escoamento esse é outro conceito primordial para que a aplicação do teorema de Bernoulli seja aplicável devido ao atrito presente entre o fluído e o material em contato existe a perda de carga Energia sendo dividida em duas perda de carga contínua essa que ocorre ao longo da tubulação e perda de carga localizada como o próprio nome já diz são pontuais e ocorrem em singularidades presente ao longo do escoamento Elas estão diretamente relacionadas com a queda de energia no escoamento e consequentemente na pressão a figura a seguir ilustra bem isso Fonte httpswwwguiadaengenhariacomperdacarga Ao longo da tubulação a velocidade e as cotas são constantes aplicando o teorema de Bernoulli mas agora acrescentando a perda de carga temos P1 p P2 p Δh Logo vemos que nesse caso a perda de pressão está diretamente relacionada com a perda de carga Tendo ao longo de uma tubulação singularidades as válvulas que permitem o fechamento rápido e total do escoamento são as principais causadoras do golpe de aríete ele ocorre quando a obstrução total do escoamento de forma abrupta transforma a velocidade do escoamento em pressão essa pressão se choca com o fluído que tenta escoar causando assim possíveis danos Fonte httpsleiautdicaswordpresscom20150825cap2dispositivoscontroladores depressao2 Agora se tratando de escoamento livres e vertedor os vertedores tem a função de medição e controle de vazão de um escoamento de livre mas vale ressaltar que para o seu estudo é necessário considerar a influência da contração lateral no escoamento pois a contração lateral diminui a área útil do escoamento diminuindo a vazão Por isso o domínio de conceitos de hidráulicas são fundamentais para o seu conhecimento pois esses estão diretamente ligados além disso são fundamentais para aplicação