HIDRÁULICA

HIDRÁULICA

1. PRINCÍPIOS BÁSICOS DA HIDRÁULICA

   • Hidráulica é uma área da física que trata especificamente do comportamento de fluidos, quer estejam em equilíbrio ou em movimento e das leis que regem esses comportamentos.

2. HIDROSTÁTICA

   • Hidrostática, fluidostática ou estática dos fluidos é uma área da Hidráulica que estuda as forças exercidas nos fluidos que se encontram em equilíbrio
     • Os fluidos podem ser divididos em ideais e reais: • Ideais: os fluidos ideais não possuem viscosidade, são incompressíveis e tem distribuições de velocidade uniforme. • Reais: os fluidos reais possuem viscosidade, distribuição de velocidade não-uniforme e são compressíveis. Viscosidade é a propriedade pela qual um fluido oferece resistência ao cisalhamento, ou seja, resistência à fluência. Quanto mais viscosa é a substância, maior deverá ser a força exterior aplicada para fazer o fluido escoar

3. HIDRODINÂMICA

   • Na hidrodinâmica os fluidos em movimento são considerados como fluidos perfeitos, nos quais são conhecidos velocidade, massa específica e pressão.
     • O movimento do fluido pode ser classificado em função da vazão e da velocidade em: • Movimento Não Permanente: vazão varia. • Movimento Permanente: vazão é constante. • Uniforme: velocidade média é constante. • Não uniforme: velocidade média varia. • Acelerado: velocidade aumenta • Retardado ou Não acelerado: velocidade reduz.

4. ORIFÍCIOS, BOCAIS E VERTEDORES

   • Orifícios e bocais se localizam em paredes de reservatórios, canais, tanques e são úteis para medição e controle da vazão ou descarga. Vertedores ou vertedouros são instrumentos hidráulicos usados para medir e controlar vazão em cursos de água naturais ou em canais construídos e podem ser classificados de acordo com a forma, a soleira ou crista; e em relação à largura relativa da soleira.

5. ESCOAMENTO EM TUBULAÇÕES

   • O estudo de escoamento em tubulações se tornou necessário após ser observado a maior ou menor turbulência em sistemas, que levavam a perdas de carga consideráveis. Reynolds distinguiu, por meio do ensaio, duas velocidades: • Velocidade crítica superior: na qual o regime passa de laminar para turbulento. • Velocidade crítica inferior: na qual o regime passa de turbulento para laminar. não somente a velocidade interferia no regime de escoamento, mas o diâmetro e o fluido também afetam o comportamento de escoamento.
     • No escoamento laminar, as partículas fluem em trajetórias bem definidas, lineares, preservando suas próprias trajetórias. No escoamento turbulento, as partículas não possuem trajetórias bem definidas, possuem movimentos aleatórios produzindo uma interferência entre si.

6. PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA

   • É aquela que ocorre ao longo da tubulação, decorrente da variação de velocidade entre as linhas de fluxo. Um dos principais estudiosos acerca da perda de carga foi Darcy. Diversas equações surgiram para o dimensionamento das tubulações, dentre as quais, duas são amplamente utilizadas atualmente: Fórmula Universal ou Equação de Darcy-Weisbach e Equação de Hazen-Williams.
     • Uma das equações para o cálculo da perda de carga em tubulações circulares é conhecida como Fórmula Universal. Ela foi formulada por Darcy-Weisbach e define a perda de carga. A equação de Hazen-Williams é uma opção para cálculo de perda de cargas contínuas, muito empregado para redes de distribuição de água e adutoras. Diferentemente da Fórmula Universal não considera o regime de escoamento para o cálculo de perda de carga

7. PERDAS DE CARGA DISTRIBUÍDA E LOCALIZADA

   • As perdas de carga localizadas são calculadas a partir do teorema de Borda-Berlanger, cuja característica é que as perdas de carga variam de acordo com o tipo de peça incorporada e a velocidade de fluxo. Para o cálculo são adotadas duas metodologias amplamente empregadas: Método dos K’s e Método do Comprimento Equivalente.

8. ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÕES

   • Os acessórios são elementos que compõem os sistemas hidráulicos e são responsáveis por controlar o fluxo, pelas mudanças de direção e pelo equilíbrio de energia do sistema.
     • Exemplos: As juntas (utilizadas nas ligações entre os tubos), ancoragens (utilizados para absorver as cargas externas à tubulação), valas (se posicionam abaixo do nível do terreno e são responsáveis por receber a tubulação que será instalada), suportes e apoios, Proteção Físico-Bacteriana, Entrada e Saída, Entrada e Saída e etc.

9. CONDUTOS EQUIVALENTES

   • Um conduto pode ser considerado equivalente a outro quando permite escoar uma mesma vazão e uma mesma perda de carga. Dessa forma, pode-se dividir em dois tipos de condutos: em série ou misto e em paralelo ou múltiplo. Os condutos em série ou mistos são aqueles compostos por trechos de tubulação ligados sequencialmente, em que o diâmetro varia, Os condutos em paralelo ou múltiplos são aqueles cujas extremidades são comuns, ou seja, em seu início e em seu final, a pressão é a mesma.

10. PROBLEMA DOS DOIS E TRÊS RESERVATÓRIOS

    • Quando se analisa um conjunto de reservatórios interligados, algumas considerações acerca da cota piezométrica são fundamentais para compreender o sentido de fluxo. sabe-se que o reservatório mais alto é sempre abastecedor, enquanto que o reservatório mais baixo será sempre um receptor. Entretanto, pode haver reservatórios intermediários, ou derivações, e é necessário definir se esses reservatórios recebem ou fornecem água.

11. REDES DE DISTRIBUIÇÃO

    • Sistema composto por tubulações e acessórios, instalados em vias públicas, com a finalidade de fornecer água a todos os pontos de utilização. podem ser classificadas em: Principal: também chamada de coletor primário, tronco ou mestre são as tubulações com diâmetros maiores que têm como finalidade o abastecimento das redes secundárias. Secundária: são tubulações com menores diâmetros que são responsáveis por abastecer os pontos de consumo.
      • As redes de distribuição podem ser classificadas em redes ramificadas e redes malhadas. Nas redes ramificadas o sentido de escoamento da água é único, sendo o ponto final da rede conhecido como terminal ou ponta seca. As redes malhas possuem circuitos ou anéis que são interligados formando uma verdadeira malha. O sentido de escoamento da água passa a não ser tão simples, como no caso das redes ramificadas. A circulação de água pode ocorrer em diferentes sentidos, aumentando a eficiência da rede. As redes de distribuição mistas englobam as redes ramificadas e malhadas.

12. REDE DE DISTRIBUIÇÃO RAMIFICADA

    • podem apresentar algumas classificações, como espinha de peixe e grelha. O dimensionamento da rede de distribuição ramificada segue algumas etapas. Alguns limites de pressão e velocidade devem ser atendidos, de modo que a rede seja o mais eficiente possível.

13. REDE DE DISTRIBUIÇÃO MALHADA

    • Considera-se que as vazões que saem das tubulações estejam concentradas nos nós, onde deverá haver um equilíbrio. No dimensionamento, as vazões em cada trecho da rede são pré-estabelecidas, de maneira a realizar o equilíbrio hidráulico do anel, considerando-se dois princípios: Princípio da Continuidade e Princípio da Conservação de Energia.

14. HIDRÁULICA DO SISTEMA DE RECALQUE, CAVITAÇÃO E GOLPE DE ARÍETE

    • Em sistemas pressurizados, máquina é qualquer dispositivo que é introduzido no sistema de modo que forneça ou retire energia do escoamento. As bombas (geratrizes) são máquinas que fornecem energia ao sistema e turbinas (motrizes) são máquinas que retiram energia do sistema.
      • Instalação de recalque toda instalação hidráulica que transporta o fluido de uma cota inferior para uma cota superior (com uso de bomba hidráulica). A cavitação é definida como a explosão de bolhas de ar no interior da tubulação (são capazes de interromper o fluxo na tubulação). O Golpe de Aríete é um fenômeno hidráulico em que o fluido choca-se violentamente contra tubos e conexões (ocorre quando o fechamento da válvula ocorre de forma brusca, gerando um bolsão de ar que interfere no funcionamento no próximo momento de acionamento).

15. CONDUTOS LIVRES OU CANAIS

    • Em condutos livres a pressão atmosférica atual sobre a superfície do líquido. São geralmente empregados em seção aberta e seu escoamento é feito por meio da gravidade. Os canais podem ser naturais como é o caso de cursos de água existentes na natureza, e artificiais, no caso de canais construídos para navegação, irrigação e galerias
      • Em canais livres, o escoamento pode ser classificado por Reynolds ou por Froude, cada qual analisando o nível de energia no canal.

16. HIDROMETRIA

    • uma área da hidrologia que estuda métodos e instrumentos utilizados para medição de grandezas físicas da água, principalmente vazão e velocidade, empregada em estações de tratamento de água (ETA), para tarifação urbana, industrial e agrícola do consumo de água, para análise de instalações hidroelétricas e disponibilidade hídrica, em estudos ambientais, e para previsão de inundações por parte da Defesa Civil.
      • Os métodos para determinação podem ser divididos em: Diretos, Relação área x velocidade e Estreitamento da seção de escoamento