Hidráulica e Hidrologia Geral - files. 02 H.H. prof... · Hidrologia Aplicada: Áreas de atuação…

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<ul><li><p>Hidrulica e Hidrologia Geral</p><p>Prof. Flaryston Pimentel</p><p>Instituto de Cincias Exatas e Tecnologia</p><p>Engenharia Civil</p><p>Campus: Goinia - Flamboyant</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Sistemas de abastecimento podem ser:</p><p> Por gravidade:</p><p> Por bombeamento:</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Partes componentes do sistema elevatrio:</p><p> Altura geomtrica (HG) = Suco (HS) + Recalque (HR); Perdas de cargas (h) = Suco (hs) + Recalque (hR); Altura manomtrica (HM) = (HG) + (h).</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Classificao de Bombas Hidrulicas:</p><p>1. Quanto trajetria do fludo:</p><p>a) Bombas radiais ou centrfugas</p><p>b) Bombas axiais</p><p>c) Bombas diagonais ou de fluxo misto</p><p>Pequenas vazes;Grandes alturas.</p><p>Grandes vazes;Pequenas alturas.</p><p>Recalque de:Mdias vazes;Mdias alturas.</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Classificao de Bombas Hidrulicas:</p><p>2. Quanto ao posicionamento do eixo:</p><p>a) Bomba de eixo vertical</p><p>b) Bomba de eixo horizontal</p><p>Poos subterrneosprofundos.</p><p>Demais utilizaes</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Classificao de Bombas Hidrulicas:</p><p>3. Quanto posio do eixo da bomba em relao ao N.A.:</p><p>a) Bomba de suco positiva</p><p>b) Bomba de suco negativa (afogada)</p><p>Eixo da bomba acimado nvel do reservatrio</p><p>Eixo da bomba abaixodo nvel do reservatrio</p></li><li><p>EXEMPLO 01</p><p>Em relao ao sistema elevatrio (figura), e suas respectivascotas topogrficas, determine:</p><p>a) Altura geomtrica de recalque;HGR = 487 461 = 26 m</p><p>b) Altura geomtrica de suco;HGS = 461 457 = 4 m</p><p>c) Altura geomtrica do sistema;HG = 487 457 = 30 m</p><p>d) Altura manomtrica de recalque;HMR = 26 + 6 = 32 m</p><p>e) Altura manomtrica de suco;HMS = 4 + 2 = 6 m</p><p>f) Altura manomtrica do sistema;HM = 30 + 2 + 6 = 38 m</p><p>Considere as seguintes perdas de carga: Na suo: hS = 2 mca No recalque: hR = 6 mca</p></li><li><p>EXEMPLO 02</p><p>Em relao ao sistema elevatrio (figura), e suas respectivascotas topogrficas, determine:</p><p>a) Altura geomtrica de recalque;HGR = 487 457 = 30 m</p><p>b) Altura geomtrica de suco;HGS = 457 461 = 4 m</p><p>c) Altura geomtrica do sistema;HG = 487 461 = 26 m</p><p>d) Altura manomtrica de recalque;HMR = 30 + 6 = 36 m</p><p>e) Altura manomtrica de suco;HMS = 4 + 2 = 2 m</p><p>f) Altura manomtrica do sistema;HM = 26 + 2 + 6 = 34 m</p><p>Considere as seguintes perdas de carga: Na suo: hS = 2 mca No recalque: hR = 6 mca</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Potncia e rendimento de Bombas Hidrulicas</p><p>A potncia (POT) que corresponde ao trabalho realizado para elevar o fludocom a altura manomtrica (HM) :</p><p>Converses importantes: 1 CV = 735,5 W1 HP = 745,7 W</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Potncia e rendimento de Bombas Hidrulicas</p><p>A potncia (Pot) a ser calculada, geralmente, se d pela seguinte expressogeral:</p><p>Onde, = peso especfico do fludo (Kgf/m3);Q = vazo (m3/s);HM = altura manomtrica (m); = rendimento do conjunto motor-bomba.</p><p>Peso especfico da gua: = 1000 Kgf/m3</p><p> 1 kgf = 9,806 N</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Potncia e rendimento de Bombas Hidrulicas</p><p>O rendimento () aumenta com o tamanho da bomba (grandes vazes) ecom a presso.</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Potncia e rendimento de Bombas Hidrulicas</p><p>Na prtica, admite-se uma certa folga para os motores eltricos resultandonos seguintes acrscimos:</p><p>Potncia de motores eltricos comerciais fabricados no Brasil (HP):</p><p>1/4 1/3 1/2 3/4 1 1 2 3 5 6 7 10 12 15 20 25 30 35 40 45 50 60 80 100 125 150 200 250.</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Curvas caractersticas de Bombas Hidrulicas</p><p> So representaes grficas que traduzem o funcionamento dabomba, obtidas atravs de experincias do fabricante;</p><p> O levantamento das curvas caractersticas das bombas so realizadaspelo fabricante do equipamento, em bancos de prova equipados para talservio;</p><p> De uma maneira simplificada, as curvas so traadas da seguinteforma, conforme esquema abaixo.</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Curvas caractersticas de Bombas Hidrulicas</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Ponto de Trabalho (Operao) da Bomba:</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Seleo de Bombas:</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Cavitao de Bombas:</p><p>Fenmeno semelhante ebulio, que pode ocorrer na guadurante um processo de bombeamento, provocando estragos,principalmente no rotor e palhetas e identificado por rudose vibraes;</p><p>Para evitar tal fenmeno, devem-se:</p><p>a) Analisar o NPSH requerido e o NPSH disponvel;</p><p>b) Verificar que a presso absoluta do lquido naentrada da bomba seja superior presso devapor, temperatura de escoamento do lquido.</p></li><li><p>CAVITAO</p></li><li><p>1. NPSH disponvel:</p><p>Refere-se "carga energtica lquida e disponvel na instalao"para permitir a suco do fludo, ou seja, diz respeito s grandezas fsicasassociadas instalao e ao fludo.</p><p>Esse NPSH deve ser estudado pelo projetista da instalao,atravs da seguinte expresso:</p><p>NPSH (Net Positive Succion Head)</p></li><li><p>NPSH (Net Positive Succion Head)</p></li><li><p>De acordo com os dados fornecidos, calcule o que se pede:</p><p>Dados: PATM/ = 9,26 mca; Pv/ = 0,43 mcaHGS = 4 m; hS = 1 mcaNPSH requerido = 6 mca;</p><p>a) NPSH disponvel ;</p><p>b) Ocorrer cavitao?</p><p>c) Caso ocorra cavitao, determine a altura mxima de suco para evitartal fenmeno.</p><p>EXEMPLO 03</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Dimetros econmicos</p></li><li><p>No Brasil 0,9 &lt; K &lt; 1,4</p><p>De modo geral 0,7 &lt; K &lt; 1,5</p><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Dimetros econmicos</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Dimetros econmicos</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Dimetros econmicos</p><p>2. Dimetro de suco (DS):</p><p> Geralmente adota-se o dimetro comercial imediatamentesuperior ao dimetro de recalque calculado pelas equaesanteriores.</p><p>Balano econmico: Custo da tubulao X Custo de manuteno</p><p> Se o dimetro comercial (Dc) for diferente do calculado (DCALC.) porBresse ou pela ABNT, deve-se adotar:</p><p>a) Dimetro comercial de suco: DcS &gt; DCALC.</p><p>b) Dimetro comercial de recalque: DcR &lt; DCALC.</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p><p>Velocidades econmicas</p></li><li><p>Considere os seguintes dados de um sistema de bombeamentoe dimensione-o:</p><p>Dados: Q = 140,4 m3/h (8 h/dia de bombeamento);Cota do nvel de gua na captao = 97 m;Cota do nvel de gua no reservatrio = 154 m;Altitude da casa de bombas = 400 m;Cota no eixo da bomba = 100 m;Comprimento da tubulao de suco = 6 m;Comprimento da tubulao de recalque = 210 m;Material: PVC (C = 145);</p><p>Peas hidrulicas: Suco: 1 vlvula de p com crivo; 1 curva de 900; 1 reduo gradual. Recalque: 1 vlvula de reteno; 1 vlvula de gaveta; 6 curvas de 900; 1 ampliao gradual.</p><p>OBS: As perdas localizadas podem ser determinadas pelo mtodo dos dimetros equivalentes; Dimetros comerciais (mm) = 50; 63; 75; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350.</p><p>EXEMPLO 04</p></li><li><p>Passo a passo do dimensionamento:</p><p>1) Verificar os dimetros de suco e recalque (comerciais), considerando oslimites de velocidades de fluxo para cada trecho;</p><p>2) Calcular as perdas de carga na suco e no recalque;</p><p>3) Calcular altura manomtrica;</p><p>4) Escolher a bomba (catlogo do fabricante) e verificar o ponto defuncionamento da mesma</p><p>5) Calcular a potncia da bomba e verificar a potncia comercial a ser instalada;</p><p>6) Calcular NPSHDISPONVEL e comparar com NPSHREQUERIDO (catlogo do fabricante)para verificao de provvel ocorrncia de cavitao na bomba</p><p>EXEMPLO 04</p></li><li><p>Curva caracterstica do sistema em funo do envelhecimento datubulao</p><p>Com o envelhecimento da tubulao, as perdas de carga aumentame consequentemente aumentam as alturas manomtricas e reduz-sea vazo.</p><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>Curva caracterstica do sistema em funo dos nveis mnimo emximo da altura geomtrica</p><p>A altura geomtrica de elevao altera-se com a variao dos nveisde aspirao e de compresso, e com ela, desloca-se paralelamente aela mesma, a curva do sistema.</p><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>ASSOCIAO DE BOMBAS:</p><p>Algumas razes que levam necessidade de associar bombas:</p><p> Quando a vazo grande e no h no mercado, bombas capazesde atender a altas demandas;</p><p> Ampliaes; Inexistncia de bombas comerciais para grandes alturas</p><p>manomtricas.</p><p>Bombas em srie</p><p>Bombas em paralelo</p><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>SISTEMAS ELEVATRIOS CONDUTOS FORADOS</p></li><li><p>Determine o rendimento e a potncia resultantes da associaoem paralelo das bombas A e B:</p><p>Dados: Bomba A Bomba BQ = 400 m3/h Q = 95 m3/hHm = 65 mca Hm = 65 mca = 82% = 75%</p><p>EXEMPLO 05</p></li><li><p>Determine o rendimento e a potncia resultantes da associaoem srie das bombas A e B:</p><p>Dados: Bomba A Bomba BQ = 120 m3/h Q = 120 m3/hHm = 70 mca Hm = 40 mca = 77,5% = 73%</p><p>EXEMPLO 06</p></li><li><p>Hidrologia</p><p>Ciclo Hidrolgico</p><p>Bacias Hidrogrficas</p><p>Precipitaes</p><p>Escoamento Superficial</p></li><li><p>INTRODUO HIDROLOGIA</p><p> Estuda todos os processos de transporte de gua dentro dociclo hidrolgico;</p><p> Procura dar ferramentas para quantificar estes transportes;</p><p> Depende da compreenso cientfica de todos os fenmenos(fsicos e qumicos) envolvidos;</p><p> Infelizmente so fenmenos complexos e poucas so asequaes baseadas apenas em fenmenos fsicos;</p><p> A maior parte das equaes vieram de dados observados nanatureza e tratados estatisticamente;</p></li><li><p>INTRODUO HIDROLOGIA</p><p>1. Hidrologia Cientfica:</p><p> Hidrometeorologia; Geomorfologia; Escoamento Superficial; Interceptao Vegetal; Infiltrao e Escoamento em Meio No-Saturado; Escoamento em Rios, Canais e Reservatrios; Evaporao e Evapotranspirao; Produo e Transporte de Sedimentos; Qualidade da gua e Meio Ambiente.</p></li><li><p>INTRODUO HIDROLOGIA</p><p>2. Hidrologia Aplicada:</p><p>reas de atuao da Hidrologia:</p><p> Planejamento e Gerenciamento da Bacia Hidrogrfica; Abastecimento de gua; Drenagem Urbana; Aproveitamento Hidreltrico; Uso do Solo Rural; Controle de Eroso; Controle da Poluio e Qualidade da gua; Irrigao; Navegao; Recreao e Preservao do Meio Ambiente; Preservao dos Ecossistemas Aquticos.</p></li><li><p>INTRODUO HIDROLOGIA</p><p>Usos mltiplos da gua:</p><p>Em funo da qualidade e da quantidade, a guapropicia vrios tipos de usos, isto , mltiplos usos. Nessecontexto, os recursos hdricos podem ser classificados em:</p><p>a) Uso Consuntivo: gua utilizada para consumo de formadireta ou indireta e parte dela devolvida ao meio. Ex:abastecimento, irrigao, aquicultura, etc.</p><p>b) Uso No-Consuntivo: gua utilizada para utilizao emmesma quantidade e qualidade e devolvida ao meio emsua totalidade (No serve para consumo humano ouanimal). Ex: navegao fluvial, gerao de energia, lazer,pesca, paisagismo, etc.</p></li><li><p>CICLO HIDROLGICO</p><p>Fenmeno global de circulao fechada da gua entre asuperfcie terrestre e a atmosfera, impulsionado pela energiasolar associada gravidade e rotao terrestre.</p></li><li><p>CICLO HIDROLGICO</p><p>FASES DO CICLO HIDROLGICO:</p><p> Evaporao;</p><p> Transpirao;</p><p> Condensao;</p><p> Precipitao;</p><p> Escoamento superficial;</p><p> Infiltrao;</p><p> Percolao;</p><p> Escoamento subterrneo;</p></li><li><p>CICLO HIDROLGICO</p><p>BALANO HDRICO</p><p> Ciclo hidrolgico (circulao da gua na hidrosfera) desempenha umpapel de grande aplicao em Engenharia de Recursos Hdricos aavaliao do ciclo na unidade hidrolgica bsica representada pelabacia hidrogrfica;</p><p> Deve-se ater, aos fenmenos hidrolgicos, sua importncia nas reasde irrigao; drenagem; controles de poluio, de cheias e eroso;aproveitamento hidroeltrico; obras hidrulicas; fontes de captao paraabastecimento de gua, etc.;</p><p> O balano de volumes de gua, conhecido como Balano Hdricoescreve, para um dado intervalo de tempo, a equao que relacionaas entradas e sadas da bacia hidrogrfica. Se a equao for escritapara uma seo representada pela superfcie do solo em uma bacia(Ramos, 1989),</p></li><li><p>CICLO HIDROLGICO</p><p>BALANO HDRICO</p><p>zona de aerao</p><p>ou</p><p>zona no saturada</p><p>rocha de origem</p><p>lenol fretico</p><p>infiltraoescoamento</p><p>superficial</p><p>precipitao</p><p>evaporao (interceptao)transpirao</p><p>evaporao</p><p>percolaofluxo</p><p>ascendente</p><p>escoamento</p><p>sub-superficialzona saturada</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p> Uma regio em que a chuva ocorrida em qualquer</p><p>ponto drena para a mesma seo transversal do curso-</p><p>dgua;</p><p> rea de captao natural das precipitaes, que faz</p><p>convergir os escoamentos para um nico ponto de</p><p>sada: o exutrio;</p><p> Para definir uma bacia:</p><p> Curso dgua</p><p> Seo transversal de referncia (exutrio)</p><p> Informaes de topografia.</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>Delimitao de reas que contribuem para um ponto</p><p> Identificar para onde escoa a gua sobre o relevo usando como base as curvas de nvel. adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E.</p><p>Texas A&amp;M UniversityDepartment of Civil Engineering</p><p> A gua escoa na direo da maior declividade</p><p> Assim, as linhas de escoamento so ortogonais s curvas de nvel.</p></li><li><p>Sub - bacia</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>a) rea da bacia: corresponde a sua rea de drenagem, cujovalor corresponde rea plana entre os divisores topogrficosprojetada verticalmente. Permite estimar qual o volumeprecipitado de gua, para uma certa lmina de precipitao:</p><p>V = P.A</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>b) Forma da bacia: funo da delimitao da rea da bacia etem influncia no tempo transcorrido entre a ocorrncia daprecipitao e o escoamento no exutrio. Em bacias de formatomais arredondado esse tempo tende a ser menor do que embacias mais compridas.</p><p>Bacias hipotticas de mesma rea, onde o tempo entre a precipitao e a vazo no exutrio tende a</p><p>ser na seguinte ordem: t2</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>Dois coeficientes so comumente empregados comoindicativos da forma da bacia: fator de forma e coeficiente decompacidade.</p><p>b.1. Fator de forma (Kf): esse coeficiente definido pelarelao entre a largura mdia da bacia e o comprimento axialdo curso dgua principal (LC). A largura mdia (L) calculadapela expresso:</p><p>e, portanto, o fator de forma (Kf) determinado por:</p></li><li><p>BACIA HIDROGRFICA</p><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>b.1. Fator de forma (Kf):</p></li><li><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>b.2. Coeficiente de compacidade (Kc): esse coeficiente definido como a relao entre o permetro da bacia e acircunferncia de um crculo de mesma rea da bacia.Assim, considerando uma bacia de rea A e um crculo tambmde rea A, tem-se que:</p><p>Logo:</p><p>Pela sua definio, se Kc = 1, a forma da bacia um crculo,sendo mais irregular quanto maior o valor desse coeficiente,o que implica em uma menor tendncia a cheias.</p><p>BACIA HIDROGRFICA</p></li><li><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>c) Densidade de drenagem (Dd): indica o desenvolvimento dosistema de drenagem de uma bacia hidrogrfica. Este ndice expresso pela relao entre o comprimento total dos cursos degua e a rea da bacia:</p><p>onde: Dd = densidade de drenagem (km/km2);</p><p>L = comprimento total dos cursos de gua da bacia (km);A = rea de drenagem (km2).</p><p>BACIA HIDROGRFICA</p></li><li><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>d) Ordem dos cursos dgua: reflete o grau de ramificao darede de drenagem de uma bacia.</p><p>Como fazer a ordenao?</p><p> Linhas de drenagem que no possuem nenhum tributrioso designadas como linhas de 1 ordem;</p><p> A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagemdepende do mtodo utilizado Horton e Strahler.</p><p>BACIA HIDROGRFICA</p></li><li><p>CARACTERSTICAS FSICAS DAS BACIAS HIDROGRFICAS</p><p>d.1. STRAHLER:</p><p> linhas de 2 ordem so formadas pela juno de 2 linhas de1 ordem;</p><p> as linhas de 3 ordem so formadas pela juno de 2 linhasde 2 ordem e assim sucessivamente;</p><p> as linhas de 3 ordem, por exemplo, podem tambm receberum canal de 1 ordem.</p><p>BACIA HIDROGRFICA</p></li><li><p>CARACTERSTICAS FSIC...</p></li></ul>

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