1 INTRODUÇÃO
A água é um recurso natural importante para qualquer
atividade humana e animal. É importante que o
engenheiro saiba utilizar este recurso com eficiência.
Para tanto o mesmo deve saber planejar e projetar
estruturas de captação, condução e armazenamento de
água.
1.1 CONCEITO DE HIDRÁULICA
É o estudo do comportamento da água em repouso ou
em movimento.
1.2 SUBDIVISÕES
A disciplina de Hidráulica pode ser dividida em:
- Hidráulica teórica:
• Hidrostática;
• Hidrodinâmica;
- Hidráulica aplicada:
• Sistemas de abastecimento;
• Irrigação e drenagem;
• Geração de energia;
• Dessedentação animal.
1.3 SISTEMA DE UNIDADES
Na Hidráulica o profissional irá trabalhar com inúmeras
grandezas, portanto o domínio das unidades e dos fatores de
conversão é requisito básico para a elaboração dos projetos.
As principais grandezas e unidades utilizadas na Hidráulica
são:
Sistema Internacional
comprimento (m); Massa (kg); Tempo (s); Força (N); Energia
(J);
Potência (W); Pressão (Pa); Área (m2); Volume (m3); Vazão
(m3/s)
Dentre as grandezas citadas as mais utilizadas serão:
- Unidades de pressão:
1 atm = 101.396 Pa = 10.336 kgf/m2 = 1,034 kgf/cm2 =
760 mmHg = 10,33 mca;
- Unidades de vazão:
1 m3/s = 3.600 m3/h = 1.000 L/s = 3.600.000 L/h;
Exercício: Transformar 0,015 m3/s para m3/h, L/s e L/h.
Resposta: 54 m3/h, 15 L/s e 54.000 L/h
1.4 PROPRIEDADES DOS FLUÍDOS
Na maioria das aplicações dentro da disciplina o fluído
utilizado será a água.
Entretanto, o profissional pode vir a trabalhar com outros
tipos de fluídos, como por exemplo:
• óleos, mercúrio, glicerina, ou algum subproduto de
agroindústria. Os fluídos podem ser caracterizados
pelas suas propriedades.
As principais são:
1.4.1 Massa específica ρ =massa por volume
• Unidades: kg/m3, g/cm3
• Água (4ºC): 1.000 kg/m3
• Mercúrio (15ºC): 13.600 kg/m3
1.4.2 Peso específico γ=peso por volume
Unidades: N/m3, kgf/cm3
Água : γ = 9.810 N/m3 = 1.000 kgf
Observação: F = m . a; P = m . g; N = g . kgf; γ = ρ . G
Exemplo: Uma caixa de 1,5 x 1,0 x 1,0 m armazena
1.497,5 kg de água. Determine o peso específico da
água em N/m3 e Kgf/m3. Considere g = 9,81 m/s2.
Resposta
Peso = 1.497,5 kg . 9,81 m/s2 = 14.689,49 N
γ = 14.689,49 N/1,5 m3 = 9793N/m3
γ = 9793N/m3/9,81m/s2 = 998,3kgf /m
2. CONDUTOS LIVRES
2.1 INTRODUÇÃO
O escoamento de água em um conduto livre, tem como
característica principal o fato de apresentar uma superfície
livre, sobre a qual atua a pressão atmosférica. Rios,
canais, calhas e drenos são exemplos de condutos livres
de seção aberta, enquanto que os tubos operam como
condutos livres quando funcionam parcialmente cheios,
como é o caso das galerias pluviais.
Os canais são construídos com uma certa declividade,
suficiente para superar as perdas de carga e manter uma
velocidade de escoamento constante.
Os conceitos relativos à linha piezométrica e a linha de
energia são aplicados aos condutos livres de maneira
similar aos condutos forçados.
A solução de problemas hidráulicos envolvendo
canais é mais difícil do que aqueles relativos aos
condutos forçados. Nos condutos forçados, a
rugosidade das paredes é bem definida pelo
processo industrial e pelos materiais utilizados, o
mesmo não ocorrendo com os canais naturais e os
escavados em terra, onde a incerteza na escolha do
coeficiente de rugosidade é muito maior do que nas
tubulações. Quanto aos parâmetros geométricos,
nos condutos forçados as seções são basicamente
circulares, enquanto os canais apresentam as mais
variadas formas.
2.2 ELEMENTOS GEOMÉTRICOS DE UM CANAL
- Seção transversal: é a seção plana do conduto, normal
á direção do escoamento;
- Seção molhada: é a parte da seção transversal do canal
em contato direto com o líquido;
- Perímetro molhado: corresponde a soma dos
comprimentos (fundo e talude) em contato com o líquido;
- Raio hidráulico: é a razão entre a seção molhada e o
perímetro molhado;
- Borda livre: corresponde a distância vertical entre o
nível máximo de água no canal e o seu topo.
2.3 FORMA GEOMÉTRICA DOS CANAIS
A maioria dos condutos livres
trapezoidal, retangular ou circular.
Seção trapezoidal
Seção (área): A = h(b + m.h)
Perímetro: P = b + 2.h (1+ m2)^1/2
Raio hidráulico: R = A/P
Seção retangular
Seção (área): A = b.h
Perímetro: P = b + 2.h
Raio hidráulico: R = A/P
apresentam
seção
Seção circular (50%)
Largura da superfície:
Seção (área): A = p D^2/8
Perímetro: P = p D/2
Raio hidráulico: R = A / P
Exemplo: Calcular a seção, o perímetro molhado e o
raio hidráulico para o canal trapezoidal a seguir (talude
= 1 : 0,58; b = 1; h = 2
Resposta
A = h(b + m.h) => A = 2(1+ 0,58.2) = 4,32m2
P = b + 2.h(1+ m2)^1/2 => P = 1+2x2 (1+0,58^2)^0,5 =
5,62m
R = A/P => R = 4,32/5,62 = 0,77 m.