Apostila de Hidraulica

Hidráulica e Hidrologia - Laboratório\n\nPedro José Gabriel Ferreira\nIara Batista de Lima\nThais Cavalheri dos Santos\nTúlio Cearamicoli Vivaldini HIDRÁULICA E HIDROLOGIA - LABORATÓRIO\n\n1ª Edição\n\nProf. Me. Pedro José Gabriel Ferreira\nProfa. Dra. Iara Batista de Lima\nProfa. Dra. Thais Cavalheri dos Santos\nProf. Dr. Túlio Cearamicoli Vivaldini\n\nAgência Brasileira do ISBN\nISBN 978-85-924044-0-6\n\nObra protegida por Direitos Autorais, todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial para qualquer finalidade, sem prévia e expressa autorização dos autores, por meio eletrônico ou mecânico, incluindo cópia impressa ou digital e gravação, ou por qualquer outro sistema de armazenamento e transmissão de informação existente ou que possa existir no futuro, sujeito às penas da lei de Direitos Autorais nº 9.610/98. Hidráulica e Hidrologia - Laboratório\n\nBIOGRAFIA RESUMIDA DOS AUTORES\n\nPedro Ferreira\nPossui graduação em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Paulista (UNIP) obtida em 2004. Após a graduação, cursou durante o período de 2006 a 2007 a pós-graduação lato sensu (especialização) em Formação de Professores para o Ensino Superior pela UNIP. Em 2009 ingressou no curso de Mestrado em Engenharia da Produção no Programa de Pós-Graduação da UNIP, concluído em 2011. No período de 2004 a 2009 atuou como Engenheiro na Companhia Ultragaz S.A. Dentro do mercado de reprocessamento de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), as principais atividades desenvolvidas foram nas áreas de produção; manutenção; projetos de Engenharia; processos de pintura industrial; inspeção e manutenção de vasos de pressão; normatização; elaboração e acompanhamento de ensaios técnicos. Desde 2015 atuou como Professor Adjunto do curso de Engenharia do ICET da UNIP, juntamente como Professor do ICET, e coordenador do curso de Engenharia Básico desde 2008. Em 2012 tornou-se responsável pelos laboratórios do ICET coordenando, entre outros, insumos para as engenharias, instalação e manutenção dos equipamentos. Desde 2014 é professor efetivo do Grupo de Pesquisa em Ensino de Física para Engenharias (GruPEEF), efetivou pela instituição UNIP o registro no CNPq. Em junho de 2016 assumiu a liderança do desenvolvimento científico e tecnológico (CNPq). Em 2016 atuou ainda como professor titular do curso de Engenharia e Mecanica dos Fluidos, Mecânica da Partícula (Teoria e Laboratório), Tópicos de Física Geral e Experimental (Teoria e Laboratório), Eletricidade Básica (Laboratório), Fenômenos de Transporte (Teoria e Laboratório), Instrumentação industrial.\n\nIara Lima\nBacharel em Física pela Pontifícia Universidade Católica (PUC – SP), mestre e doutora em Ciências na área de Aplicações da Tecnologia Nuclear pela Universidade de São Paulo (USP), pertencente ao programa de tecnologia nuclear do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CNEN/SP). Possui experiência na área de Física, com ênfase em Métodos Experimentais e Instrumentação para Partículas Elementares e Física Nuclear, atuando principalmente em pesquisa com detectores gasosos de radiação, operando em regime de ionização e em regime de multiplicidade de cargas e transporte de elétrons em gases. Desde de 2012 atua como professora titular do curso de Engenharia e líder da disciplina Mecânica da Partícula da UNIP. Juntamente como Professora do ICET, é coordenadora do curso de Engenharia de Produção Mecânica. Disciplinas lecionadas: Tópicos de Física Geral e Experimental (Teoria e Laboratório), Tópicos de Informação, Estatística (Descritiva e Indutiva), Equações Diferenciais, Mecânica da Partícula (Teoria e Laboratório), Eletricidade Básica (Teoria e Laboratório), Complementos de Física (Teoria e Laboratório), Fundamentos da Termodinâmica, Dinâmica dos Sólidos, Fenômenos de Transporte, Mecânica dos Fluidos (Laboratório). Além disso, é coordenadora do curso de Engenharia de Produção Mecânica. Hidráulica e Hidrologia - Laboratório\n\nSUMÁRIO\n\n1. CINEMÁTICA DOS FLUIDOS - CONCEITOS\n1.1 SISTEMAS DE DIMENSÕES E UNIDADES\n1.1.1 Sistema Internacional de Unidades (SI)\n1.1.2 Sistema CGS de Unidades.\n1.1.3 Sistema Inglês de Unidades.\n2. ESCALAS DE PRESSÃO\n2.1 Pressão Atmosférica\n2.2 Pressão Elevada (Manométrica)\n2.3 Pressão Absoluta (Total)\n3 LEI DE STEVIN\n4 LEI DE PASCAL\n5 MANÔMETRO\n5.1 Manômetro Tubo em U.\n5.1 EQUIAÇÃO MANOMÉTRICA.\n5.1 TARIFAS.\n\n2. EXPERIMENTO - TUBO DE PITOT...\n2.1 OBJETIVOS\n2.2 INTRODUÇÃO\n2.2.1 Aplicações.\n2.3 MATERIAL UTILIZADO.\n2.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.\n2.5 TARIFAS.\n\n3. EXPERIMENTO - TUBO DE VENTURI E PLACA DE ORIFÍCIO\n3.1 OBJETIVOS\n3.2 INTRODUÇÃO\n3.2.1 Tubo de Venturi\n3.2.2 Placa de orifício...\n3.3 CURVAS EXPERIMENTAIS OBTIDAS EM LABORATÓRIO\n3.4 MATERIAL UTILIZADO.\n3.5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL TAREFAS\n\n4. EXPERIMENTO - PERDA DE CARGA DISTRIBUIDA.\n4.1 OBJETIVOS\n4.2 INTRODUÇÃO\n4.3 CURVAS EXPERIMENTAIS OBTIDAS EM LABORATÓRIO\n4.4 MATERIAL UTILIZADO.\n4.5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL\n4.6 TAREFAS\n\n5. EXPERIMENTO - PERDA DE CARGA SINGULAR\n5.1 OBJETIVOS\n5.2 INTRODUÇÃO\n5.2.1 Válvulas\n5.2.2 Cotovelo de 90° e Curva.\n5.2.3 Redução\n5.2.4 Método do comprimento equivalente (Leq)\n5.3 CURVAS EXPERIMENTAIS OBTIDAS EM LABORATÓRIO\n5.4 MATERIAIS UTILIZADOS\n5.5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL\n5.6 TAREFAS\n\n6. EXPERIMENTO - LEVANTAMENTO DE CURVAS DE BOMBAS\n6.1 OBJETIVO\n6.2 INTRODUÇÃO\n6.2.1 Caracterização de Bombas\n6.2.2 Associações de Bombas\n6.3 CURVAS EXPERIMENTAIS OBTIDAS EM LABORATÓRIO\n6.4 MATERIAL UTILIZADO\n6.5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL\n6.6 TAREFAS\n\n7. EXPERIMENTO - MÉTODOS PARA MEDIÇÃO DA VAZÃO\n7.1 OBJETIVOS\n7.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA\n7.3 MATERIAL UTILIZADO\n7.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL\n7.5 TAREFAS.\n TAREFAS 8. EXPERIMENTO – MEDIÇÃO DE VAZÃO COM VERTEDORES................ 111\n8.1 OBJETIVOS ................................................................................. 111\n8.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA .......................................................... 111\n8.3 MATERIAL UTILIZADO ................................................................. 114\n8.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................... 115\n8.5 TAREFAS .................................................................................. 117\n9. EXPERIMENTO - ALTURA CRÍTICA EM RESALTO DE FUNDO... 121\n9.1 OBJETIVOS ................................................................................. 121\n9.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA .......................................................... 121\n9.3 MATERIAL UTILIZADO ................................................................. 124\n9.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ......................................... 124\n9.5 TAREFAS .................................................................................. 127\n10. EXPERIMENTO – FORÇA SOBRE COMPORTA DE FUNDO ..... 131\n10.1 OBJETIVOS ............................................................................ 131\n10.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA ....................................................... 131\n10.3 MATERIAL UTILIZADO .......................................................... 133\n10.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................... 133\n10.5 TAREFAS ................................................................................ 135\n11. EXPERIMENTO – PERDAS DE CARGA EM ESCOMENTOS ... 139\n11.1 OBJETIVOS ............................................................................ 139\n11.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA ....................................................... 139\n11.3 MATERIAL UTILIZADO .......................................................... 140\n11.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................... 140\n11.5 TAREFAS ................................................................................ 141\n12. EXPERIMENTO – COEFICIENTE DE MANNING .................... 145\n12.1 OBJETIVOS ............................................................................ 145\n12.2 INTRODUÇÃO TEÓRICA ....................................................... 145\n12.3 MATERIAL UTILIZADO .......................................................... 147\n12.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................................... 148\n12.5 TAREFAS ................................................................................ 149\nANEXO I – DIAGRAMA DE MOODY ............................................. 153\nANEXO II – DADOS PARA TUBULAÇÕES .................................. 154 ANEXO III – COMPRIMENTOS EQUIVALENTES EM NÚMERO DE DIÂMETROS DE CANALIZAÇÃO PARA PEÇAS METÁLICAS, FERRO GALVANIZADO E FERRO FUNDIDO............................................................................ 155\nBIBLIOGRAFIA........................................................................................................ 157 CAPÍTULO 1\n1. CINEMÁTICA DOS FLUIDOS - CONCEITOS\n1.1 SISTEMAS DE DIMENSÕES E UNIDADES\n\nUma quantidade física inclui uma dimensão e uma unidade. Segundo as dimensões de grandezas básicas como massa, comprimento, tempo e força, é possível classificar os sistemas de dimensões primárias (ou fundamentais) em dois tipos:\n\nMLT: dimensões primárias → massa (M), o comprimento (L) e o tempo (T).\nFLT: dimensões primárias → força (F), o comprimento (L) e o tempo (T).\n\nNo sistema MLT, a força é uma dimensão secundária (ou derivada), ou seja, depende das dimensões primárias e pode ser obtida pela segunda lei de Newton. Já no sistema FLT, a dimensão secundária é a massa, que também pode ser obtida analisando a segunda lei de Newton. Os sistemas MLT são chamados de sistemas inerciais ou físicos e os sistemas FLT são denominados gravitacionais ou técnicos.\n\nEm Hidráulica e Hidrologia é comum expressar as grandezas envolvidas em diferentes sistemas de unidades. Além disso, existem diferenças de terminologias e unidades em determinados países, como nos Estados Unidos, que ainda emprega o sistema inglês de unidades.\n\n1.1.1 Sistema Internacional de Unidades (SI)\n\nO Sistema Internacional de Unidades (SI), também conhecido como sistema métrico, foi estabelecido em 1960 na \"Conferência Geral de Pesos e Medidas\" (Conférence Générale des Poids et Mesures – CGPM), que é responsável por definir os padrões de medidas e suas unidades. Esse sistema é empregado em quase todo o mundo, exceto por três países, que não utilizam oficialmente o sistema internacional de unidades: Mianmar, Libéria e Estados Unidos.\nO SI possui sete unidades básicas independentes, que são definidas a seguir. A partir das unidades básicas do SI é possível definir as unidades secundárias (ou derivadas) das demais grandezas físicas.\n\n• metro (m): um metro é o comprimento percorrido pela luz no vácuo durante 1/299.792.458 de segundo.\n• quilograma (kg): um quilograma equivale à massa de um cilindro composto por uma liga de platina e irídio. Hidráulica e Hidrologia - Laboratório\n\nsegundo (s): um segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos de uma transição entre dois níveis de energia do átomo de césio-133. Para essa medição, empregam-se relógios atômicos de césio.\n\nkelvin (K): um kelvin é 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água.\n\nmol (mol): um mol equivale à quantidade de substância de um sistema que contêm tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em uma amostra de 0,012 kg de carbono-12.\n\nampere (A): um ampere é a corrente elétrica constante que, se mantida entre dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito e seção circular desprezíveis, colocados a 1 m de distância no vácuo, produziria entre esses condutores uma força de 2 x 10^-7 newtons por metro.\n\ncandela (cd): uma candela é a intensidade luminosa de uma fonte que emite uma radiação monocromática, em uma direção, de frequência 540 x 10^12 Hz e com intensidade radiante nesta direção de 1/683 watts por estereorradiano.\n\n1.1.2 Sistema CGS de Unidades\nO sistema CGS é do tipo MLT e suas unidades básicas são o centímetro (cm), o grama (g) e o segundo (s). Esse sistema é usualmente utilizado em física atômica e nuclear. No quadro a seguir são apresentadas algumas grandezas físicas com suas respectivas unidades no sistema CGS:\n\nTabela 1.1.2.1 - Grandezas físicas com suas unidades sugeridas no CGS:\n\nGrandeza física Unidade CGS\nVelocidade cm/s\nAceleração cm/s²\nForça dina\nEnergia erg\nPressão dina/cm²\nMassa específica g/cm³\nPeso específico dina/cm³\n\n1.1.3 Sistema Inglês de Unidades\nLargamente utilizado nos Estados Unidos, o sistema inglês de unidades (ou britânico, ou imperial) é do tipo FLT, ou seja, a força é considerada uma dimensão primária. Nesse sistema, as unidades de força, comprimento e tempo são, respectivamente, libra-força (lbf), pé (ft) e segundo (s). Os fatores de conversão para as unidades no SI são:\n\n1 lbf = 4,448 N\n1 ft = 0,3048 m