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Apostila de Hidráulica UFPEL

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS CENTRO DE ENGENHARIAS

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

    HIDRULICA

    Prof. Hugo Alexandre Soares Guedes - UFPel

    Prof. Demetrius David da Silva UFV

    PELOTAS - RS AGOSTO - 2014

  • 2

    ndice

    UNIDADE 1 ENGENHARIA HIDRULICA ........................................................................ 5 1.1. Introduo ........................................................................................................ 5 1.2. Evoluo da Hidrulica .................................................................................... 7 1.3. Panorama e escopo atual na rea de Engenharia Civil ................................... 8 1.4. O curso de Hidrulica na UFPel ....................................................................... 9

    UNIDADE 2 ESCOAMENTO EM CANAIS SOB REGIME PERMANENTE E UNIFORME ......................................................................................................................... 11

    2.1. Conceito ......................................................................................................... 11 2.2. Elementos geomtricos da seo do canal .................................................... 11

    2.2.1. Seo transversal .................................................................................... 11 2.2.2. Seo longitudinal ................................................................................... 12

    2.3. Classificao dos escoamentos ..................................................................... 12 2.3.1. Em relao ao tempo (t) .......................................................................... 12 2.3.2. Em relao ao espao (L), para um mesmo tempo (t): ........................... 13 2.3.3. Em relao ao nmero de Froude (Fr) ..................................................... 13 2.3.4. Exemplos de regime de escoamento ...................................................... 15

    2.4. Escoamento em regime fluvial permanente e uniforme ................................. 16 2.5. Equaes utilizadas no dimensionamento de canais operando em regime permanente e uniforme ......................................................................................... 18

    2.5.1. Equaes para o clculo das sees transversais usuais ....................... 19 2.5.2. Sees de mxima eficincia .................................................................. 20

    2.6. Velocidades mdias (V) aconselhveis e inclinaes admissveis para os taludes dos canais ................................................................................................ 21 2.7. Folga dos canais ............................................................................................ 23 2.8. Velocidade mxima e vazo mxima em canais circulares ........................... 24 2.9. Diagrama para canais circulares funcionando parcialmente cheios .............. 27

    2.9.1. Relao entre uma rea molhada qualquer (A) e a rea molhada a seo plena ou a seo cheia (A0) .............................................................................. 27 2.9.2. Relao entre um raio hidrulico qualquer (R) e o raio hidrulico a seo plena (R0) .......................................................................................................... 28 2.9.3. Relao entre uma velocidade qualquer (V) e a velocidade a seo plena (V0) .................................................................................................................... 28 2.9.4. Relao entre uma vazo qualquer (Q) e a vazo a seo plena (Q0) ... 28 2.9.5. Relao entre um permetro molhado qualquer (P) e o permetro molhado a seo plena (P0) .............................................................................. 28

    2.10. Dimensionamento das sees dos canais ................................................... 29

  • 3

    2.10.1. Sees circulares .................................................................................. 29 2.10.2. Sees trapezoidais e retangulares ...................................................... 31 2.10.3. Sees triangulares ............................................................................... 32

    2.11. Exerccios de aplicao ............................................................................... 33 2.11.1. Quando se conhece as dimenses do canal ......................................... 33 2.11.2. Quando se deseja conhecer as dimenses do canal ............................ 37

    2.12. Exerccios de fixao ................................................................................... 43

    UNIDADE 3 VERTEDORES ............................................................................................. 46 3.1. Conceito ......................................................................................................... 46 3.2. Partes constituintes ........................................................................................ 46 3.3. Classificao .................................................................................................. 46

    3.3.1. Quanto forma:....................................................................................... 46 3.3.2. Quanto espessura (natureza) da parede (e): ....................................... 46 3.3.3. Quanto ao comprimento da soleira (L): ................................................... 47 3.3.4. Quanto inclinao da face de montante: .............................................. 48 3.3.5. Quanto relao entre o nvel da gua a jusante (P) e a altura do vertedor (P): ...................................................................................................... 48

    3.4. Equao geral da vazo para vertedores de parede delgada, descarga livre, independentemente da forma geomtrica............................................................. 49

    3.4.1 Vertedor retangular de parede delgada em condies de descarga livre . 51 3.4.2 Vertedor triangular de parede delgada em condies de descarga livre .. 54 3.4.3 Vertedor trapezoidal de parede delgada em condies de descarga livre 56 3.4.4 Vertedor retangular de parede espessa ................................................... 57

    3.5. Instalao do vertedor e medida da carga hidrulica (H) ............................... 59 3.6. Exerccios de Fixao .................................................................................... 60

    UNIDADE 4 ORIFCIOS E BOCAIS EM PAREDES DE RESERVATRIOS .................. 63 4.1. Orifcios .......................................................................................................... 63

    4.1.1 Conceito ................................................................................................... 63 4.1.2 Finalidade ................................................................................................. 63 4.1.3 Classificao ............................................................................................ 63 4.1.4 Frmula para clculo da vazo ................................................................ 67

    4.2. Bocais ou Tubos Curtos ................................................................................. 74 4.2.1 Conceito ................................................................................................... 74 4.2.2 Finalidade ................................................................................................. 74 4.2.3 Classificao ............................................................................................ 74 4.2.4 Frmula para clculo da vazo ................................................................ 76 4.2.5 Escoamento com nvel varivel (esvaziamento de reservatrios de seo constante) .......................................................................................................... 78 4.2.6 Perda de carga em orifcios e bocais ....................................................... 81 4.2.7 Determinao da velocidade real (V) usando o processo das coordenadas cartesianas ........................................................................................................ 82

    4.3. Exerccios de Fixao .................................................................................... 87

  • 4

    UNIDADE 5 ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORADOS SOB REGIME PERMANENTE ................................................................................................................... 91

    5.1. Conceitos ....................................................................................................... 91 5.1.1 Condutos forados ................................................................................... 91 5.1.2 Nmero de Reynolds ................................................................................ 91 5.1.3 Viscosidade .............................................................................................. 92 5.1.4 Rugosidade interna das paredes dos condutos ....................................... 93

    5.2. Regimes de escoamento de acordo com o nmero de Reynolds (Rey) ........ 93 5.3. Perda de Carga .............................................................................................. 95

    5.3.1 Conceito ................................................................................................... 95 5.3.2 Classificao ............................................................................................ 95 5.3.3 Perda de carga contnua em condutos de seo constante em regime permanente e uniforme e escoamento incompressvel ..................................... 96 5.3.4 Perda de carga acidental ........................................................................ 104

    5.4. Conduto com uma tomada intermediria ..................................................... 113 5.5. Conduto com distribuio em marcha ou condutos com distribuio em percurso ou condutos com servio em tr