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Hidráulica Geral (ESA024A) Prof. Homero Soares 2º semestre 2012 Terças de 10 às 12 h PowerPoint PPT Presentation


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Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Hidráulica Geral (ESA024A) Prof. Homero Soares 2º semestre 2012 Terças de 10 às 12 h Quintas de 08 às 10h. Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF Faculdade de Engenharia.

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Hidráulica Geral (ESA024A) Prof. Homero Soares 2º semestre 2012 Terças de 10 às 12 h

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Presentation Transcript


Hidr ulica geral esa024a prof homero soares 2 semestre 2012 ter as de 10 s 12 h

Faculdade de Engenharia

Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental

Hidráulica Geral (ESA024A)

Prof. Homero Soares

2º semestre 2012

Terças de 10 às 12 h

Quintas de 08 às 10h


Cap tulo 2 escoamento em conduto for ado simples

Universidade Federal de Juiz de Fora - UFJF

Faculdade de Engenharia

Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA

Prof. Homero Soares

Capítulo 2 Escoamento em Conduto Forçado Simples

P < Patm Sucção

P > Patm  Adução

P ≠ Patm

Conceito

Condutos forçados são tubulações em que a pressão interna é diferente da atmosférica.

  • Exemplos:

  • Adutoras

  • Interligações entre reservatórios

  • Redes de distribuição de água

  • Instalações prediais de água

  • Tubulações de sucção e recalque de bombas

  • Condutos que alimentam as turbinas nas usinas hidrelétricas, dentre outros


Velocidades recomendadas escoamentos for ados

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Velocidades recomendadas: Escoamentos Forçados

Pré-dimensionamento das canalizações:

Velocidade de escoamento: faixa recomendada.

Velocidades Recomendadas

Umáx = 0,6 + 1,5.D ou U ≤ 3,5 m/s

Onde: D é o diâmetro interno da tubulação (m).

Para Sistemas de Abastecimento de Água:

Para Instalações Hidráulicas Prediais (NBR 5626/98): Umáx ≤ 3,0 m/s


Velocidades baixas e altas

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  • Incrustações

  • Retenção de ar na tubulação

  • - Baixa eficiência de escoamento para remoção de ar e outras partículas

Área

Vazão

Perda de Carga

Venturi

  • Podem provocar: cavitação

  • Golpe de aríete mais intenso

  • Aumentam a perda de carga

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Velocidades Baixas e Altas

Velocidades Baixas: (U < 0,6 m/s)

Consequências:

Velocidades Altas: (U >>> 0,6 m/s)

Consequências

Bolhas formadas pelo próprio ar dissolvido no líquido que se desprendem quando a pressão é reduzida. As bolhas podem implodir pela ação da pressão externa. O colapso produz choque entre as partículas fluidas e danifica a parede do conduto reduzindo assim a capacidade de escoamento.


Pr dimensionamento de canaliza es

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D = diâmetro (m)

U = velocidade (m/s)

VARIA em função na natureza do conduto

Umáx= 0,6 + 1,5.D

  • Velocidade: principal VARIÁVEL.

  • Realizado a partir do critério de VAZÃO MÁXIMA / menor diâmetropossível: MAIOR ECONOMIA.

  • O dimensionamento só estará completo após a verificação das pressões disponíveis.

Pré-dimensionamento de Canalizações


Tra ado das canaliza es

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Traçado das Canalizações

Devido à topografia dos terrenos a tubulação pode estar totalmente abaixo, coincidente ou acima, em alguns pontos, da linha piezométrica.


Tra ado das canaliza es1

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Traçado das Canalizações

OBS: Recomendado para instalação de adutoras por questões de segurança

Neste caso em qualquer ponto do conduto a pressão será positiva e a vazão de escoamento será igual a de projeto.

Traçado 1 (Tubulação totalmente abaixo da Linha Piezométrica)

Conduto forçado. Pode ser dimensionado com as equações de perda de carga apresentadas

  • Conduto forçado (P/δ > Patm) em todo o seu perfil;

  • Cuidados especiais nos pontos altos  Instalação de ventosas retirar o ar acumulado proveniente, DE GASES dissolvidos na água e do processo de enchimento da linha. REDUZ performance do escoamento;

  • Cuidados especiais nos pontos baixos  Instalação de válvulas de descarga para promover a limpeza da tubulação.


Tra ado das canaliza es cont

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  • Tubulação funciona como conduto livre (P = Patm) Nesse caso, a vazão do escoamento coincide com a calculada.

Traçado das Canalizações (cont)

Traçado 2 (Tubulação coincide com a Linha Piezométrica Efetiva)

OBS: Um orifício na geratriz superior dos tubos não provocaria a saída da água.

Na prática, o projeto de canalizações deve seguir as posições estudadas. Caso contrário, reduz-se o desempenho dos escoamentos.


Tra ado das canaliza es cont1

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Traçado das Canalizações (cont.)

OBS: O acúmulo de ar formando bolhas, reduz a vazão escoada.

 Escoamento torna-se irregular.

Traçado 3 (Tubulação corta a LPE, mas fica abaixo do PCE – Plano de Carga Estático)

OBS: Entre os pontos A e B  P/δ < Patm  Difícil evitar as bolsas de ar

(Risco de contaminação  pelas juntas ou caso ocorra rompimento neste local)

Ventosas comuns seriam prejudiciais, porque, nesses pontos, a pressão é inferior à atmosférica.

Alternativa recomendável: construir caixa de transição (Reservatório) no ponto mais alto  altera a posição da Linha Piezométrica, Toda a tubulação localiza-se abaixo da LP, sujeita a pressões positivas como no Traçado 1.


Tra ado das canaliza es cont2

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Traçado das Canalizações(cont.)

Traçado 4 (Tubulação corta a LPE e o PCE – Plano de Carga Estático)

  • Trata-se de um sifão que funciona em condições precárias, exigindo escorva quando

  • entra ar na canalização.

  • A água não atinge por gravidade o trecho acima do NA no reservatório R1

  • O escoamento só é possível após o enchimento da tubulação.


Tra ado das canaliza es cont3

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Traçado das Canalizações (cont.)

Traçado 5 (Tubulação corta Linha Piezométrica Absoluta)

  • Trata-se de um sifão funcionando nas piores condições possíveis.

  • Impossível o escoamento por gravidade.

  • O fluxo só é possível se for instalada uma bomba para impulsionar o líquido até o ponto mais alto da tubulação.


Problema ii 1 p cii5

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Problema II.1 p. CII5)

Determinar o diâmetro que a adutora representada acima deverá ter para transportar a vazão de 10 l/s sabendo-se que será construída em PVC. Desprezar as perdas de carga localizadas.

Determinar a vazão e velocidade efetivas.

Qual deve ser a perda de carga localizada (hfLoc) para que a vazão transitante seja precisamente seja Q = 10 l/s?

Dado: PVC  C = 140


Separa o da coluna d gua cavita o

Separação da coluna d´água - CAVITAÇÃO

CAVA = BOLHA

Pressão na adutora < pressão do vapor (pv)

Pvágua ~ 240 kgf/m3


Problema ii 2 p cii9

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Problema II.2 (p. CII9)

. Comprimentos: LAC = 2000 m; LCD = 200 m; LDE = 200 m; LEB = 2500 m

. Diâmetro: D = 600 mm

. Coeficiente de atrito: f = 0,015

. Temperatura da água ≈ 20ºC

Verificar a possibilidade de separação da coluna líquida na adutora que interliga o reservatório R1 ao R2, cujo perfil mostrado abaixo (sifão), quando transporta 280 l/s,conhecendo-se suas características.


Hidr ulica geral esa024a prof homero soares 2 semestre 2012 ter as de 10 s 12 h

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Problema ii 3 p cii10

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Problema II.3 (p CII10)

Uma tubulação de PVC, L = 1.100 m e D = 100 mm interliga os reservatórios R1 e R2. Os níveis d´água de R1 e R2 estão respectivamente nas cotas 620 m e 600 m,. Considerando desprezível as perdas de carga localizadas, calcular a vazão escoada utilizando a fórmula universal com T = 20oC.


Problema ii 4 p cii11

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Problema II.4 (p. CII11)

Dois reservatórios deverão ser interligados por uma tubulação de ferro fundido (C = 130) com um ponto alto em “C”. Desprezando as perdas localizadas e a parcela de energia cinética, pede-se determinar:

O menor diâmetro comercial para a tubulação BD capaz de conduzir a vazão de 70 l/s, sob a condição de carga de pressão na tubulação igual ou superior a 2,0 m.

A perda de carga adicional fornecida por uma válvula de controle de vazão, a ser instalada próximo ao ponto D, para regular a vazão em exatos 70 l/s.


Problema ii 4 p cii111

Problema II.4 (p. CII11)

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2 mca


Problema proposto p cii 14 verso

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Problema Proposto (p CII-14 Verso)

Na tubulação apresentada a seguir, de diâmetro 150 mm, a pressão no ponto “A” vale 25 mca. Qual deve ser a vazão na tubulação para que a pressão no ponto “B” seja de 17 mca? O material utilizado é aço novo (C = 130).


Problema proposto ii p cii 15

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212 m

190 m

A

B

C

Problema proposto II (p. CII-15)

Para os valores de NA indicados na figura abaixo, pede-se:

a) O valor de Q quando o registro C está FECHADO.

b) Qual a máxima vazão transitante na adutora.

ZR1=212 m; ZR2= 190 m; LAC=2440 m; DAC=600 mm; βAC= 0,00212; CAC=140

LCB=1200 m; DCB= 400mm; βCB= 0,00152; ZC= 120 m


Perda de carga com distribui o ao longo do percurso

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Perda de Carga com distribuição ao Longo do Percurso

Onde:

dx = Trecho elementar da tubulação;

QM = Vazão de montante;

QJ = Vazão de jusante;

q = vazão de distribuição em marcha:

q = (QM-QJ)/L ; QM=QJ+qL

hf = perda de carga contínua.

Nas redes de abastecimento de água e sistemas de irrigação, há normalmente várias derivações de água do tronco principal.

Nesses casos a vazão é dita uniformemente distribuída ao longo do conduto, denominada vazão de distribuição em marcha (q). Considere a tubulação abaixo para o cálculo da perda de carga contínua.

Num trecho elementar dx, distante “x” da extremidade do tubo, a vazão “Q”, será:

Q = QJ + qx


Perda de carga distribui o ao longo do percurso

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Sabe-se que:

A perda de carga no trecho “dx” será:

Em toda a tubulação, a perda de carga será:

Perda de Carga: distribuição ao Longo do Percurso

Análise: Se toda vazão é consumida em “L”  (QJ = 0), então:

Fator de redução da perda de carga contínua


Perda de carga com distribui o ao longo do percurso1

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QF = vazão fictícia.

Perda de Carga com distribuição ao Longo do Percurso

Vazão Fictícia

Em sistemas públicos de abastecimento de água calcula-se a perda de carga de maneira aproximada, como mostrado abaixo:


Problema ii 5

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Problema II.5

A tubulação AD, com D = 300 mm e C = 110 é destinada a conduzir água do reservatório R1 para o reservatório R2, e atender aos moradores localizados ao longo do trecho BC que consomem 0,05 l/s.m. Sabendo-se que no ponto B a cota do terreno é 108,0 e a pressão 1,3 kgf/cm2, pede-se calcular as vazões nos trechos AB e CD e a cota piezométrica em D, considerando as perdas de carga localizadas desprezíveis.


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