Hidráulica ECIV046 EAMB029 Prof. Marllus Gustavo F. P. das Neves ctec.ufal.br/professor/mgn

1. Universidade Federal de Alagoas Centro de Tecnologia Hidráulica ECIV046 EAMB029 Prof. Marllus Gustavo F. P. das Neves www.ctec.ufal.br/professor/mgn

2. Introdução à hidráulica

3. Apresentação

4. Como será a disciplina Ementa: introdução, revisão de alguns conceitos da mecânica dos fluidos, cálculo de condutos forçados, perdas lineares e localizadas, temas diversos a respeito dos condutos forçados, hidráulica dos sistemas de recalques, movimentos uniforme e gradualmente variado Avaliação Bimestral  média de 2 provas escritas: AB1  prova 1 (24/09/2013) e prova 2 (10/10/2013) AB2  prova 3 (05/11/2013) e prova 4 (03/12/2013) Reavaliação  repõe menor AB (12/12/2013) Final  todo o assunto (19/12/2013)

5. Como será a disciplina Prova 1: Introdução, Revisão de Mecânica dos Fluidos, Escoamento em condutos forçados (até perda de carga contínua) Prova 2 : Escoamento em condutos forçados (perdas de carga singular e aplicações) Prova 3 : Máquinas hidráulicas e Análise dos sistemas de recalque, Características básicas dos escoamentos livres Prova 4 : escoamentos uniforme e gradualmente variado Bibliografia AZEVEDO NETTO, J. M. Manual de Hidráulica BAPTISTA, Márcio B. & COELHO, Márcia M. Lara P. Fundamentos de engenharia hidráulica. PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica Básica

6. A engenharia hidráulica

7. Hidráulica  hydros + aulos condução água Conjunto de técnicas ligadas ao transporte de líquidos, em geral, e da água, em particular Conceito atual  área da engenharia correspondente à aplicação dos conceitos da mecânica dos fluidos na resolução de problemas ligados à captação, armazenamento, controle, transporte e usodaágua E para chegar a este conceito?

8. História Idade média: pouca contribuição do ocidente  construção de pontes e moinhos, construções romanas em desuso Demandas sobem (sedentários) A água se desloca. construções no oriente médio e Ásia  sumérios, Persas  havia a “técnica” e não a “Engenharia” Gregos (intelectuais) Arquimedes, Hero de Alexandria e romanos (construtores) Abastecimento de Roma: 11 aquedutos Q = 4.000l/s Antiguidade (nômades) O homem se deslocava Aglomerações humanas: inicialmente próximo à água (ainda sem preocupação)

9. História séc. XIX: hidráulicos práticos x hidrodinâmicos clássicos  discrepância entre resultados teóricos (eq. de Navier-Stokes, Saint Venant) e experimentais (viscosidade,turbulência por Reynolds... resistência ao escoamento, perda de carga por Weisbach, Darcy...) séc. XVIII: Hidráulica moderna: escola italiana x escola francesa (Pitot, Chézy, Borda, Bossut, du Buat e Venturi) séc. XVII: físicos e matemáticos (Newton, Descartes, Pascal, Boyle e Leibnitz)  hidrodinâmica (Bernoulli, Euler, Clairaut, D’Alembert) Renascimento séc. XVI: Escola italiana  essencialmente experimental (Leonardo da Vinci, Torriceli,...)

10. História Desafios .... contexto atual: conceito atual de hidráulica  Aplicações  recursos hídricos, construção civil, saneamento Básico, eng. ambiental, eng. de transportes, eng. agrícola, indústria séc. XX: modelagem de escoamentos permanentes e transitórios (conhecidos no século XIX)  métodos numéricos fim séc. XIX – início séc. XX : Pradtl (1904) teoria da camada limite  mecânica dos fluidos (Karman, Nikuradse, Moody, Colebrook,...)

11. Física Mecânica dos fluidos Hidráulica área da engenharia correspondente à aplicação dos conceitos da mecânica dos fluidos na resolução de problemas ligados à captação, armazenamento, controle, transporte e usodaágua Estados: sólido, líquido e gasoso Líquidos e gases Líquidos (água)

12. Desafios e perspectivas Pontos de vista: experimental modelagem computacional Melhoramento dos equipamentos de medição em laboratório e escala real, com avançados sistemas de aquisição e tratamento de dados Redução do tempo de processamento e incremento das possibilidades de cálculo  simulação de sistemas mais complexos, abordagem de conceitos e teorias novas, como a turbulência

13. Desafios e perspectivas modelagem computacional x modelagem física Técnicas mais avançadas para medição e aquisição de dados suprem necessidades dos modelos matemáticos Medir pressão no teto Simular no seio do fluido Medir pressão na base

14. 2. Revisão de alguns conceitos

15. 2.1. Propriedades Físicas dos Fluidos

16. Forças, esforços e pressão (tensão)

17. As forças que atuam em um meio contínuo: • Forças de massa ou de corpo: distribuídas de maneira contínua em todo o corpo peso e centrífuga • Forças de superfície: sobre certas superfícies

18. Num ponto, o esforço é dado por O esforço assim definido é uma ação externa As reações que se desenvolvem entre as partículas do meio são denominadas tensões ou pressões Termo tensão  usado em hidráulica para a ação de forças tangenciais em uma área Termo pressão  ação de forças normais em uma área

19. Massa específica  massa do corpo por unidade de volume propriedade intensiva ou Dimensões: Unidades no SI: Peso específico  peso por unidade de volume  propriedade intensiva Dimensões: SI: ou

20. As duas propriedades anteriores possuem uma relação Densidade relativa, ou simplesmente densidade  relação entre r ou g de dois corpos Para líquidos, em geral toma-se a água como referência r e g pouco variam com a temperatura, diminuindo com o crescimento desta, com exceção da água valores máximos a 4oC  g = 9.806 N/m3 Entre 0oC e 35oC, a variação é de 0,5%

21. Compressibilidade propriedade que, em maior ou menor grau, possuem os fluidos de sofrerem redução do volume, quando sujeitos à pressão, com conseqüente aumento de r Nos líquidos é muito pequena  K alto e praticamente independe da temperatura e da pressão (K constante) Aumento de pressão Módulo de compressibilidade cúbica ou elasticidade Redução de volume

22. A viscosidade  caracteriza a resistência à modificação relativa das partículas Fluido em repouso  não oferece nenhuma resistência a esta modificação Em escoamentos  esforço de atrito entre as partículas  esforços tangenciais  tensões de cisalhamento Fluidos perfeitos  aqueles em que, mesmo no escoamento, desprezam–se os efeitos da viscosidade

23. Quem primeiro observou o efeito da viscosidade foi Newton Fluidos newtonianos  tensão de cisalhamento diretamente proporcional à taxa de cisalhamento Viscosidade absoluta ou dinâmica Unidade no SI: Dimensão:

24. Viscosidade cinemática Dimensão: Unidade no SI: Alguns valores para a água (N.s/m2): 0oC  1,79 . 10-3 20oC  1,01 . 10-3 35oC  7,20 . 10-4 Pressão de vapor: pressão exercida por um vapor em equilíbrio com o líquido que lhe deu origem

25. Dada temperatura  moléculas escapam da superfície do líquido (SL)  exercem pressão na SL  atingem o equilíbrio  No de moléculas que deixa a SL = No de moléculas absorvidas pela SL  vapor saturado  pressão de saturação do vapor ou pressão de vapor (pv) A partir deste momento  ebulição (formação de bolhas na massa fluida)

26. Água  pressão vapor a 100º C = 101,13 kPa (patm padrão) Numa altitude de 3550m  patm = 69,5 kPa  ebulição a 89,5º C 2 modos de provocar ebulição: Pressão constante  subir temperatura Temperatura constante  diminuir pressão (cavitação)

28. Para a transformação Kgf N multiplica-se por 9,81

29. 2.2. Classificação dos escoamentos

30. Quanto à pressão reinante: forçado ou livre Pressão maior que a atmosférica Pressão igual à atmosférica

31. forçado livre

32. Quanto à direção na trajetória das partículas: laminar ou turbulento U  Velocidade média Dimensão hidráulica característica

33. Quanto à variação no tempo: permanentes ou transitórios (não-permanentes) permanente transitório

34. Qualquer propriedade pode variar ponto a ponto do campo, mas não no tempo em cada ponto Escoamentos transitórios: quanto à taxa de variação da velocidade e da pressão  mudança lenta: compressibilidade desprezada e mudança brusca: compressibilidade importante

35. Constante em módulo, direção e sentido, em todos os pontos, em qualquer instante deslocamento Quanto à trajetória: uniforme e variado uniforme Caso particular do escoamento permanente

36. Quanto ao no de coordenadas necessárias para se especificar o campo de velocidade: uni, bi ou tridimensionais unidimensional bidimensional unidimensional e uniforme em cada seção

38. Equações fundamentais do escoamento

39. vazão em massa através do elemento de área dA Elemento de massa contido no VC •  N por unidade de massa

40. Equação da Continuidade

41. A massa é constante em VC

42. Vazão em volume (Q) que entra no VC = Qsai Supondo escoamento permanente vazão em massa que entra = vazão em massa que sai kg/s Para o escoamento incompressível rconstante; VC indeformável  forma e tamanho fixos m3/s, l/s, ft3/s... Vazão em volume  chamada de Vazão

43. Prestar atenção no sinal A velocidade média na seção Conduto com escoamento permanente incompressível e uniforme em cada seção • verifica-se o sinal do produto escalar

44. O caso de uma bifurcação  escoamento permanente incompressível e uniforme em cada seção n2 Q2,V2,A2 n1 Q1,V1,A1 Q3,V3,A3 0 n3

45. n1 V1 y x Constante na seção integral Seção 1

46. y y x x n2 V3 n3 V2 Seção 2 Seção 3 Q2,V2,A2 Q1,V1,A1 Q3,V3,A3

47. Equação da Quantidade de movimento

49. Forças de superfície Forças de massa Equação vetorial  pode ser decomposta nas componentes segundo um sistema de coordenadas convenientes Na direção x

50. Prestar atenção no sinal Analogamente nas demais • verifica-se o sinal do produto escalar; • depois o sinal de cada componente de velocidade