AULA A 1 INTRODUÇÃ INTR O ODUÇÃ E PERDA D A DE CARGA Profa Pr. C e C cília cília de de Castr o Castr o Bolina.

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1 AULA 1 INTRODUÇÃO E PERDA DE CARGA Profa. Cecília de Castro Bolina.

2 Introdução Hidráulica É uma palavra que vem do grego e é a união de hydra = água, e aulos = condução/tubo é, portanto, uma parte da física que se dedica a estudar o comportamento dos fluidos em movimento e em repouso. É responsável pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de energia, o controle do fluido agindo sobre suas variáveis i (pressão, vazão, temperatura, viscosidade, etc.). Conceito:éoestudodocomportamentodaáguaem repouso ou em movimento

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4 Hidráulica A base obtida nesta disciplina será importante no desenvolvimento das próximas: Instalações Prediais, Hidrologia e Recursos Hídricos, Projetos deedifícios, i Sistemas Ambientais, i Sistemas Hidráulicos Urbanos, Tratamento de Águas de Abastecimento.

5 Unidades Lei no de 12/09/1968, obrigatório o uso do Sistema Internacional, SI, conforme tabela sucinta abaixo

6 Alguns símbolos utilizados

7 Unidades muito usadas Unidades de pressão: 1 atm = Pa = kgf/m 2 = 1,033 kgf/cm 2 = 760 mmhg = 10,33 mca Unidades d de vazão: 1 m 3 /s = m 3 /h = L/s = L/h Exercício: Transformar 0, m /s para m /h, L/s e L/h. 3 3 Resposta: 54 m 3 /h, 15 L/s e L/h

8 Na engenharia civil, o fluido mais usado é a água. Entretanto, o profissional pode vir a trabalhar com outros tipos de fluídos (óleos, mercúrio, glicerina, ou algum subproduto de agroindústria

9 Perda de carga LEMBRA? Na engenharia trabalhamos com energia dos fluidos por unidade de peso, a qual denominamos carga. Quando um líquido flui de 1 para 2, parte da energia inicial se dissipa, e a soma das três cargas em 2 não se iguala a 1. A diferença de energia de 1 para 2 é chamada de perda de carga. 2 V1 Z1 + 2g γ 2 1 P 1 V 2 P 2 + = Z Energiadissipada1 2 2g γ

10 Perda de carga a) Dependem da rugosidade das paredes da canalização. A uma maior rugosidade corresponderá uma maior perda de carga.

11 Perda de carga b) São diretamente proporcionais ao comprimento. c) São inversamente proporcionaisaodiâmetro. d) São diretamente proporcionais ao quadrado da velocidade d do líquidoou vazão. e) Em cada elevação de 10 metros, relativamente à ) ç saída da bomba, perde 1 bar.

12 Classificação das perdas Com o objetivo de possibilitar a obtenção de expressões matemáticas que permitam prever as perdas de carga nos condutos, elas são classificadas em: Contínuas ou distribuídas ib energia dissipadai d ao longo da tubulação. Localizadas ou singulares energia dissipada nas singularidades (curvas, cotovelos, tees, junções, registros, válvulas, etc.).

13 Perda de carga distribuída Ocorrem em trechos retilíneos dos condutos, considerando: Regime permanente e fluidos incompressíveiseis Condutos cilíndricos Rugosidade d uniforme e trecho considerado d sem máquinas Essa perda é considerável se tivermos trechos relativamente compridos dos condutos

14 Fórmula universal da Perda de Carga distribuída ou contínua A fórmula de Darcy Weissbach, permite calcular a perda de carga ao longo de um determinadod comprimento do condutor, quando é conhecido o parâmetro f, denominado d coeficiente i deatrito : tit Δh = f L V 2 g D 2g Tubos circulares

15 Determinação do fator de atrito (f): Δh = f L D V 2 g 2g O coeficiente i de atrito tit f,poded serobtido partindo se da relação entre Número de Reynolds Re:

16 O coeficiente de atrito f é determinado a partir do Número de Reynolds, e independe da rugosidade absoluta f = 64 L V Re L 2 Δh = f D 2g

17 Número de Reynolds

18 Perda de Carga no escoamento turbulento No escoamentoturbulento, a dissipaçãoi de energia é causada pela rugosidade e pela viscosidade Determinação docoeficiente deatrito f : 1 ε D 2,51 Equação de = 2,0 log + Colebrook f 3,7 Re f Rugosidade relativa: Relação entre rugosidade absoluta e Diâmetro do tubo (ε/d)

19 FÓRMULA DE HAZEN WILLIAMS Fórmula de Hazen Williams: Essa fórmula talvez seja a mais utilizada nos países de influência americana. Ela originou se de um trabalho experimental com grande número de tratamentos (vários diâmetros, vazões e materiais) e repetições. Ela deve ser utilizada para escoamento de água à temperaturat ambiente, para tubulações com diâmetro maior ou igual a 2 ou 50 mm e para regime turbulento.

20 Onde: Hf = Perda de carga na tubulação; D = diâmetro da canalização; C = Coeficiente que depende da natureza das paredes; Q = Vazão.

21 FÓRMULA DE HAZEN WILLIAMS

22 FÓRMULA DE USO GERAL DARCY Para escoamento em regime turbulento quanto para o laminar, e é também utilizada para toda a gama de diâmetros. Onde: Hf = Perda de carga na tubulação, em m; D = diâmetro da canalização, m; f = coeficiente de atrito. g = aceleração da gravidade, d em m.s 2 ; Q = Vazão, em m 3.s 1

23 Valores da rugosidade média dos materiais empregados

24 Perda de carga localizada Ocorrem em trechos singulares dos condutos tais como: junções, derivações, curvas, válvulas, entradas, saídas, etc. As diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, provocam uma variação brusca da velocidade (em módulo ou direção), intensificando a perda de energia;

25 Perda de carga localizada MÉTODO DOS K S KS As perdas de carga localizadas podem ser expressas em termos de energia cinética (V²/2g) do escoamento. Assim a expressão geral: Δh h = k Onde: k=coeficiente de perda de carga singular, cujo valor pode ser determinado d experimentalmente. V 2 2g

26 Podem se desconsiderar as perdas localizadas quando a velocidade da água é pequena (v < 1,0 m.s 1), quando ocomprimento é maiorque vezes o diâmetro e quando existem poucas peças no conduto.

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29 f=0,

30 DIAGRAMA DE MOODY