Hidráulica-Conceituação Divisão e Objetivos UFSC

BRUNO SEGALLA PIZZOLATTI ENS 7008 Hidráulica Conceituação divisão e objetivos 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Conceito Hidráulica condução de água do grego hydros água aulos tubo condução Usualmente é o estudo de comportamento da água e de outros líquidos quer em repouso ou movimento 2 Hidráulica geral ou teórica Hidrostática Líquidos em repouso ou em equilíbrio Hidrocinemática Estuda a velocidade e trajetórias dos líquidos sem considerar a energia ou as forças atuantes Hidrodinâmica Estuda os fluidos em movimento referese às velocidades as acelerações e as forças que atuam em fluidos em movimento Urbana Sistemas de abastecimento de água Sistema de esgotamento sanitário Sistemas de drenagem pluvial Manejo de águas pluviais Agrícola Sistemas de irrigação Sistemas de drenagem subterrânea e de superfície Sistemas de água potável e esgoto Hidráulica aplicada ou hidrotécnica Aplicação prática dos conhecimentos de Mecânica dos fluídos e da observação criteriosa dos fenômenos relacionado à água quer parada ou em movimento Áreas de atuação da Hidráulica Aplicada Instalações prediais Industriais Comerciais Residenciais Públicas Lazer e paisagismo Estradas drenagem Controle de inundações Geração de energia Navegação e obras marítimas e pluviais Eventos históricos 4000 a 3000 aC Vestígios de um complexo sistema de irrigação e navegação na Mesopotâmia rio Tigre e Eufrates Representação contemporânea dos sistemas construídos pelos Sumérios Eventos históricos 4000 a 3000 aC Indícios de rede de monitoramento do nível de água do rio Nilo sendo o primeiro sistema de previsão de cheias que se tem notícia 3650 aC Temse notícia de que já existiam coletores de esgoto 1500 aC Tubulação de água na cidade de Knossos ilha de Creta 691 aC Na Assíria implantou o primeiro sistema de abastecimento de água através do aqueduto Jerwan 514 aC Cloaca Máxima de Roma drena o esgoto e os resíduos para o rio comprimento de 740 metros e diâmetro de até 427m 312 aC a 305 dC Romanos construíram 14 aquedutos totalizando 580 Km o maior deles tem 92 Km de extensão O somatório das vazões é de mais de 1 milhão de m3dia 10 Eventos históricos 287 212 aC Arquimedes Conceito de empuxo 250 aC Parafuso de Arquimedes 250 aC Parafuso de Arquimedes 250 aC Parafuso de Arquimedes 200 aC Bomba de pistão 250 aC Bomba de pistão duplo Eventos históricos Eventos históricos Eventos históricos Eventos históricos 1643 Barômetro de Torricelli Eventos históricos 1643 Barômetro de Torricelli Experiencia de Torricelli 1643 Eventos históricos 1643 Barômetro de Torricelli Com mercúrio Com água 1772 JOHN WHITEHURST cria um dispositivo capaz de recalcar a água sem a necessidade de combustível fóssil A bomba carneiro que necessitava ser operada 1796 os irmãos franceses MONTGOLFIER tornaram o aparelho automático 1664 Johan Jordan inventou o tubo de ferro fundido moldado Adutora em ferro fundido com com 22 Km de extensão Palácio de Versailles na França 1680 Johan Jordan inventa Bomba centrifuga 1690 Denis Papin inventou máquina a vapor 1754 Primeiro sistema de abastecimento de água nos Estados Unidos com elevatórias de águas com bombas tocadas a vapor Eventos históricos Bomba carneiro Eventos históricos 1867 Tubos de concreto armado 1882 Usina hidroelétrica 1898 Submarino 1937 Propulsores a jato 1947 Tubos de PVC Aplicação parafuso de arquimedes Roda de Falkirk Escócia Dos anos 30 aos 90 dois canais eram conectados por uma série de 11 eclusas degraus hidráulicos Como solução em meados da década de 90 foi construída uma Roda com cerca de 35 metros diâmetro e sua estrutura conta com dois braços de 15 metros de posições opostas que são cheios de água cada um suporta 250 mil litros cada e giram 180 graus o gasto de energia para a movimentação dos barcos é mínimo apenas 15kWh equivalente a ferver 8 chaleiras elétricas de água Um fluido é caracterizado como uma substância que se deforma continuamente isto é escoa sob a ação de uma força tangencial por menor que ela seja Aquela substância que adquire a forma do recipiente que a contém Se a substância preenche totalmente o recipiente sem formar uma superfície livre então é um gás se a substância forma uma superfície livre então é um líquido Densidade absoluta ou massa específica Massa do fluido por unidade de volume ρ mV kgm³ Depende da temperatura Propriedades dos Fluidos Densidade da água 0 a 4 C comportamento anômalo da água Propriedades dos Fluidos Peso específico Peso do fluido por unidade de volume γ ρ g N m³ Propriedades dos Fluidos Peso específico relativo Razão do peso específico do líquido estudado com o peso específico da água γᵣ γ γH₂O É a propriedade associada à resistência que o fluido oferece à deformação por cisalhamento Podese dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos devido basicamente às interações intermoleculares sendo em geral função da temperatura Viscosidade cinemática 36 𝛖 viscosidade cinemática m2s 𝛍 viscosidade absoluta Pas Nm2 x s 𝛒 massa especifica kgm3 Lei de Newton da viscosidade A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade τ FA tensão tangencial Nm² μ viscosisade absoluta Pas Nm²x s dvdy gradiente de velocidade s¹ É a pressão parcial da fase de vapor em equilíbrio com a fase líquida de uma substância a uma determinada temperatura Um líquido entra em ebulição quando a pressão local for igual à sua pressão de vapor àquela temperatura Aplicação Esta propriedade é fundamental na análise do fenômeno de cavitação A cavitação ocorre em instalações hidráulicas quando bolhas de vapor se formam em regiões de baixa pressão e implodem em superfícies sólidas ao encontrarem campo de pressão positiva Água pura Temperatura C Pressão máxima de vapor mmHg 0 46 10 92 20 175 30 318 40 553 50 925 60 1494 70 2337 80 3551 90 5258 100 7600 110 10746 120 14891 Altitude em metros Pressão mm Hg 0 760 3048 733 6097 706 18292 609 24390 565 27439 542 30489 523 45732 429 60976 349 67073 321 76219 282 109756 171 118902 148 121951 141 152439 87 Monte Everest 885 km 29035 ft 250 mmHg PO2 53 mmHg Pressão atmosférica ao nível do mar 760 mmHg PO2 160 mmHg Água pura Temperatura C Pressão máxima de vapor mmHg 0 46 10 92 20 175 30 318 40 553 50 925 60 1494 70 2337 80 3551 90 5258 100 7600 110 10746 120 14891 FIM