Escoamentos Internos e Externos - Condutos, Classificação e Regimes

Tipos de escoamentos internos e externos Tipos de condutos Classificação dos escoamentos Regimes de escoamento Elementos hidráulicos dos condutos Vazão volumétrica e Velocidade Média Condutos sob pressão Revisão conceitos básicos Tipos de Escoamentos a Escoamentos externos O fluido escoa tocando a superfície externa do conduto Ex asa de avião pilar de ponte Tipos de Escoamentos b Escoamentos internos O fluido escoa em contato com a superfície interna do conduto Ex condutos sob pressão e canais Escoamento Interno Tipos de Condutos Perímetro Seção Fechado Aberto Parcialmente preenchida Totalmente preenchida Conduto sob pressão Canal Conduto sob pressão ou conduto forçado Canalizações onde a água escoa sob pressão diferente da pressão atmosférica com seção transversal fechada e totalmente preenchida pela água 4 Classificação dos Escoamentos a quanto à permanência no tempo Os escoamentos podem ser classificados como permanentes quando as propriedades não variam ao longo do tempo e não permanentes propriedades se modificam com o passar do tempo UFRGSIPHDHH 5 OBS o escoamento turbulento é considerado como permanente em média pois as grandezas flutuam em torno de um valor médio Classificação dos Escoamentos UFRGSIPHDHH 6 b quanto à permanência no espaço Os escoamentos podem ser classificados como uniformes quando suas propriedades não variam ao longo do espaço e variados quando suas propriedades variam ao longo do espaço Reynolds UFRGSIPHDHH 7 c quanto ao grau de ordenamento do escoamento Os escoamentos podem ser classificados como laminar quando as trajetórias das partículas de fluido são paralelas e turbulento quando as trajetórias das partículas se cruzam evidenciando um movimento aleatório das mesmas Classificação dos Escoamentos Regime de Escoamentos Número de Reynolds VD VD ou R R onde V velocidade média do escoamento L dimensão característica do escoamento massa específica do fluido coeficiente de viscosidade dinâmica coeficiente viscosidade cinemática D diâmetro do conduto 𝑅 𝜌 𝑉 𝐿 𝜇 Em condutos sob pressão Expressão geral UFRGSIPHDHH 8 Regime Turbulento R 4500 Regime Laminar R 2100 Regime Transição 2100 R 4500 UFRGSIPHDHH 9 Número de Reynolds limites Condutos forçados elementos hidráulicos UFRGSIPHDHH 11 1 httpg1globocommgcentrooestenoticia201410canoserompe eaguajorramaisde10metrosdealturaemdivinopolishtml 2 httpswwwmidiamaxcombrcotidiano2019videocanoamanhece jorrandoaguaemcrateradojardimnoroeste 3 httpswwwcacavazamentonetbrconsertodevazamentodeagua comofazer 1 2 3 Elementos característicos dos condutos a Área seção transversal ao escoamento superfície na qual qualquer linha de corrente é a ela perpendicular c Raio Hidráulico RH área perímetro b Perímetro comprimento da linha na qual o escoamento toca as paredes do conduto importante para quantificar o grau de influência das paredes D P D M A B C P ABC M Elementos característicos dos condutos d Rugosidade das paredes tamanho das asperezas do material que constitui o conduto Depende da natureza do material e afeta a interação do escoamento com o contorno sólido e Declividade do conduto é função da diferença de cotas entre a entrada e a saída do conduto Importante na definição da perda de energia do escoamento f Comprimento do conduto é função do traçado da canalização Importante na definição da perda de carga linear S D L Vazão volumétrica e Velocidade média Vazão Volumétrica Vazão volumétrica m³s Vazão em massa kgs Relação passagem UFRGSIPHDHH 15 Vazão Volumétrica volume de fluido que atravessa uma seção é dado por vazão volumétrica associada a esta variação de volume é quantidade de água que passa ao longo de toda a seção transversal soma ao longo da seção a vazão que passa entre as linhas de corrente 𝑑𝓋1 𝑑𝐴 𝑑ℓ dQ d𝓋1 dt dA1 dl1 dt dA1 dl1 dt velocidade instantânea de deslocamento da seção transversal Τ dℓ1 dt V1 𝑄 න 𝐴 𝑑𝑄 න 𝐴 𝑑𝐴1 𝑑ℓ1 𝑑𝑡 න 𝐴 𝑉1 𝑑𝐴1 1 1 2 2 dA1 V1 d UFRGSIPHDHH 16 Perfis de Velocidades UFRGSIPHDHH 17 𝑄 න 𝐴 𝑉1 𝑑𝐴1 Integrar o perfil de velocidades do escoamento ao longo da seção transversal do escoamento Velocidade Média Por definição a velocidade média é dada pelo quociente entre a vazão volumétrica e a área da seção transversal do escoamento VM Q A 1 A න A V1 dA1 UFRGSIPHDHH 18 A velocidade média representa uma redistribuição da velocidade ao longo da seção do conduto de tal forma que todas a partículas líquidas estariam animadas por uma única velocidade ur Perfil de velocidades Ucentro Vmédia ur Perfil de velocidades Ucentro Vmédia UFRGSIPHDHH 19 V média REAL MODELO Assim a velocidade média do escoamento passa a ser considerada como uma uma velocidade imaginária que animando de maneira uniforme as linhas de corrente do escoamento produziria a mesma vazão que aquela produzida pelo perfil de velocidade real