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GCI030 HIDRULICA GERAL (1 semestre de 2012)
Este material apresenta apenas uma viso geral sobre condutos
forados (perdas de carga distribuda e localizada), necessria para o
dimensionamento de sistemas hidrulicos prediais e de infraestrutura
urbana.
CONDUTOS FORADOS Conduto forado o nome geral dado s tubulaes que
trabalham sob presso
diferente da atmosfrica (o fluido escoa com presso diferente da
atmosfrica). A
tubulao funciona sempre totalmente cheia e o conduto sempre
fechado. O
escoamento ocorre por gravidade (de cota mais alta para cota
mais baixa) e por recalque
(sistema elevatrio).
Nmero de Reynolds o parmetro adimensional que permite estimar se
o escoamento turbulento,
laminar ou de transio. a relao entre os efeitos advectivos do
escoamento
(amplificadores de instabilidades) e os efeitos difusivos
(inibidores de instabilidades).
Como os escoamentos turbulentos so naturalmente instveis
(qualquer
perturbao gera instabilidade), de se esperar que, nestes casos,
os efeitos advectivos
sejam predominantes aos difusivos. Assim, quando o nmero de
Reynolds Rey aumenta,
a tendncia do escoamento ser turbulento aumenta.
Embora o conceito de Rey possa ser aplicado a qualquer tipo de
escoamento (no
s nos condutos forados), nos condutos forados que este conceito
se apresenta bem
parametrizado, podendo separar razoavelmente o que um escoamento
laminar de um
turbulento. Alm disso, este parmetro adimensional utilizado em
muitas frmulas
necessrias ao clculo da chamada perda de carga.
Em termos das variveis do escoamento, o Rey pode ser escrito
como:
Rey = (v.L)/, onde a velocidade mdia v representa transporte
advectivo
(amplificador de instabilidade) e o coeficiente de viscosidade
cinemtico representa o
efeito difusivo (inibidor de instabilidade).
No caso de tubulaes com escoamento lquido pressurizado, a
dimenso
caracterstica L tomada como sendo o dimetro D, de forma que,
para estes casos, Rey
passa a ser escrito como:
Rey = (v.D)/
Assim, nos condutos forados, pode-se utilizar, com certa
segurana, o Rey para
verificar se um escoamento laminar ou turbulento.
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Perda de carga a energia dissipada em forma de calor no
escoamento de um fluido, ocasionada
pelo cisalhamento entre molculas de fluido e, principalmente,
devido ao cisalhamento
entre molculas de fluido e a parede interna da tubulao, motivado
pela rugosidade
(aspereza) da parede. A rugosidade da tubulao e as incrustaes
aumentam medida
que a mesma se torna mais velha e, conseqentemente, o valor da
perda de carga
aumenta. A perda de carga total em uma instalao constituda pela
soma da perda de
carga distribuda e localizada. Esto diretamente relacionadas com
a energia cintica
(v2/2g), conforme sero mostrada nas formulaes abaixo.
Perda de Carga Distribuda Ocorre ao longo da tubulao devido ao
atrito entre as partculas do fluido e das
partculas do fluido com as paredes da tubulao.
Existem inmeras frmulas que quantificam a perda de carga
distribuda. Aqui
apresenta-se as mais utilizadas no dimensionamento de instalaes
prediais e de
infraestrutura urbana.
a) Frmula Universal ou Frmula de Darcy-Weisbach Por anlise
dimensional possvel prever que a perda de carga pode ser
proporcional energia cintica por unidade de peso do fluido
(gravitacional), ou seja:
2gv H
2
2gv H
2
.cte=
De acordo com a Frmula Universal, a constante de
proporcionalidade cte = f.L/D
para seo circular e cte = f.L/4Rh para seo no circular,
resultando em:
2gv.
DLf.=H
2
Onde: H a perda de carga total, (m); L o comprimento da tubulao
entre dois
pontos de interesse, (m); D o dimetro da tubulao, (m); v a
velocidade mdia do
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escoamento, (m/s); g a acelerao da gravidade, 9,81 m/s2; f o
fator de cisalhamento
entre o fluido e as paredes da tubulao.
a.1) Determinao do fator de cisalhamento f Resultados
experimentais confirmam o coeficiente de atrito f (sem
dimenses)
como funo do nmero de Reynolds e da rugosidade absoluta das
paredes (termo ), ou
seja:
f = funo (Rey, /D), onde /D a rugosidade relativa, ou seja, a
relao entre a
rugosidade absoluta do material e o dimetro interno da
tubulao.
A rugosidade absoluta do material varia com:
- tipo do material;
- desgaste da tubulao (idade);
- caracterstica qumica da gua:
causa incrustao da parede em meio bsico; causa corroso da parede
em meio cido. A busca da funo que permitisse calcular o fator de
cisalhamento f e,
consequentemente, calcular a perda de carga, partiu de
experimentos. Com isto, chegou-
se em formulaes semi-empricas (Nikuradse, Colebrook-White,
Swamee-Jain, Swamee)
e em diagramas, tais como os diagramas de Rouse e Moody.
a.1.1) Experimento de Nikuradse (1933) Realizou estudos para
tubulaes circulares, com paredes revestidas com gros de
areia mais ou menos esfricas, cuja granulometria foi controlada.
Como resultado de seus
estudos, Nikuradse construiu um diagrama (chamado Harpa de
Nikuradse Fig. 1) onde
era possvel definir regies de escoamento laminar, de transio,
turbulento em tubos
hidraulicamente lisos e turbulento em tubos hidraulicamente
rugosos. De acordo com a
Tabela 1, para cada regio de escoamento foi obtida uma equao
para determinao do
fator de cisalhamento f.
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4
Tabela 1 Equaes de Nikuradse para determinao de f em funo da
regio
REGIO N DE REYNOLDS FUNO ANALTICA OBSERVAO
I 0 < R < 2000 R
f 64= Regime laminar II 2000 < R < 2400 ------- Regime de
transio
2400 < R < 105 4131,0 = Rf III R > 105 8,0log2
1 = ff
Regime Hidraulicamente liso-
Eq. De Blausius
IV
f8.11,6D
< R <
f8.
70D ------- Regime de transio
V
R > f
8.
70D 2log274,11 Df
+= Escoamento Hidraulicamente rugoso
Figura 1 Harpa de Nikuradse
a.1.2) Experimento de Colebrook e White (1939) Apresentaram uma
formulao para f, atravs de experimentos em tubos
comerciais, vlida para Rey > 5000, onde:
1/f = -2.log[(K/3,7.D) + (2,51/Reyf)]
Os problemas de dimensionamento de condutos forados se
apresentam em trs
casos:
- 1 Caso: so conhecidos D e H deseja-se calcular Q - 2 Caso: so
conhecidos D e Q deseja-se calcular H - 3 Caso: so conhecidos H e Q
deseja-se calcular D
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5
A equao de Colebrook e White apresenta dificuldade matemtica,
pois f no
consegue ser explicitado. Cada caso requer uma soluo, como
mostrado a seguir:
- Para o 1 Caso: substitui-se a expresso:
1/f = -2.log[(K/3,7.D) + (2,51/(d.(2gjd))]
Onde j a perda de carga unitria = H/L, dado em m/m de
tubulao.
- Para o 2 Caso: a soluo encontrada pelo mtodo de tentativa e
erro, onde:
-1/2= f.{log[(K/3,7.D) + (2,51/Reyf)]}
- Para o 3 Caso: pelo mtodo tentativa-erro:
-1/2= f/{log[(K/3,7.D) + (2,51/Reyf)]}
Sabendo-se que
+
=gjD.D
,D,
klog
QgjDD
2
51273
42
21
2
Este processo pode ser facilmente programado em uma calculadora
manual,
porm quando a resoluo depende de um sistema de equaes que so
funo de f, a
soluo do problema pode se tornar muito trabalhosa.
a.1.3) Diagrama de Moody (1944) Trata-se de uma representao
grfica da equao de Colebrook-White, onde os
mesmos aspectos reproduzidos por Nikuradse foram verificados
para rugosidades
naturais de tubos comerciais.
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6
A Figura 2 mostra que o coeficiente de atrito f (sem dimenses)
funo do
nmero de Reynolds Rey e da rugosidade relativa /D. A Tabela 2
mostra a rugosidade
absoluta de alguns materiais.
Para a determinao do Rey necessita-se do valor do coeficiente de
viscosidade
cinemtica . A Tabela 3 apresenta valores de coeficiente de
viscosidade cinemtica da
gua em funo da temperatura.
Ainda na Figura 2, o escoamento em regime laminar ocorre e
estvel para
valores do nmero de Reynolds inferiores a 2000. Com valores
superiores a 4000, o
escoamento se encontra no regime turbulento. Entre esses dois
valores encontra-se a
denominada zona crtica. O regime completamente turbulento s
atingido com valores
ainda mais elevados do nmero de Reynolds, existindo, portanto,
uma segunda zona
intermediria, conhecida como zona de transio entre tubo liso e
rugoso.
Tabela 2 Rugosidade de alguns materiais (Fonte: Assy, T.M.
1977)
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Tabela 3 Massa especfica, coeficiente de viscosidade dinmica,
coeficiente de viscosidade cinemtica e densidade relativa em funo
da temperatura da gua.
Temperatura (C)
Massa especfica (kg/m3)*
Coef. viscosidade dinmica (10-3 N.s/m2)
Coef. viscosidade cinemtica
(10-6m2/s)
Densidade relativa d
0 (gelo) 917,0 - - 0,9170
0(gua) 999,8 1,781 1,785 0,9998
4 1000,0 1,558 1,558 1,0000
5 1000,0 1,518 1,519 1,0000
10 999,7 1,307 1,308 0,9997
15 999,1 1,139 1,140 0,9991
20 998,2 1,002 1,003 0,9982
25 997,0 0,890 0,893 0,9970
30 995,7 0,798 0,801 0,9967
40 992,2 0,653 0,658 0,9922
50 988,0 0,547 0,553 0,9880
60 983,2 0,466 0,474 0,9832
70 977,8 0,404 0,413 0,9788
80 971,8 0,354 0,364 0,9728
90 965,3 0,315 0,326 0,9653
100 958,4 0,282 0,294 0,9584
O Diagrama de Moody pode ser utilizado apenas para o 2 Caso dos
problemas de dimensionamento de condutos forados.
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Figura 2 Diagrama de Moody para determinao do fator de
cisalhamento f.
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a.1.4) Diagrama de Rouse O Diagrama de Rouse (Figura 3)
possibilita determinar o fator de cisalhamento f
para o 1 Caso e 2 Caso dos problemas de dimensionamento de
condutos forados.
Figura 3 Diagrama de Rouse
a.1.5) Formulao de Swamee-Jain:
vlida para 10-6 /D 10-2 e 5.103 Rey 108, onde:
f = 0,25/[log[(K/3,7.D) + (5,74/Rey0,9)]2
As solues dos casos de dimensionamento citados acima ( 1 Caso, 2
Caso e 3 Caso) apresentam as seguintes expresses explcitas de
Swamee-Jain.
1 Caso: so conhecidos D e H deseja-se calcular Q
2 Caso: so conhecidos D e Q deseja-se calcular H
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3 Caso: so conhecidos H e Q deseja-se calcular D
a.1.6) Formulao de Swamee:
No possui restrio para /D e Rey:
f = {(64/Rey)8+ 9,5.[ln[(K/3,7.D) + (5,74/Rey0,9)]
(2500/Rey)6]-16}0,125
vlida para escoamento laminar, escoamento turbulento liso,
escoamento
turbulento de transio e escoamento turbulento rugoso.
b) Frmulas empricas de perda de carga (resultados so obtidos
atravs de experincias laboratoriais)
As frmulas empricas so obtidas atravs de uma srie de
experimentos de
laboratrio e sem o rigor matemtico das anteriores
(semi-empricas).
Estas frmulas no passam pelo uso da Frmula Universal e
geralmente fornecem
a chamada perda de carga unitria j = H/L, em m/m.
As expresses assumem a seguinte forma geral, j = cte.Qn/Dm .
Para tubulaes de seo circular, destacam-se as frmulas empricas
de Hazen-
Willians e Fair-Whipple-Hsiao.
b.1) Frmula de Hazen-Willians:
A Frmula de Hazen-Willians recomendada para: - gua 20oC, pois no
levam em considerao as variaes da viscosidade;
- dimetro interno da tubulao D > 50 mm.
Atravs de tratamentos estatsticos de dados experimentais,
chegou-se na frmula:
J = 10,643.Q1,85/(C1,85.D4,87)
Onde:
J a perda de carga unitria, J = H/L, (m/m);
H a perda de carga total, (m);
L o comprimento da tubulao, (m);
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Q a vazo, (m3/s);
C o coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians, obtido em funo
do material
do tubo e do tempo de uso, de acordo com a Tabela 4.
D o dimetro da tubulao, (m).
Tabela 4 Valores de Coeficiente de rugosidade C para vrios
materiais
Tipo de tubo Idade Dimetro (mm) C
Novo
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
118 120 125 130
- Ferro fundido pichado 10 anos
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
107 110 113 115
- Ao sem revestimento, soldado 20 anos
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
89 93 96
100
30 anos
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
65 74 80 85
- Ao sem revestimento, Novo
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
107 110 113 115
rebitado usado
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
89 93 96
100
- Ferro fundido cimentado - Cimento amianto - Concreto
Novo
100 100 - 200 225 - 400 450 - 600
120 130 136 140
- Ao revestido - Concreto ou
500 - 1000 1000
135 140
- Plstico (PVC) usado 50
60 - 100 125 - 350
125 135 140
- Manilha cermica Nova
ou usada
100 100 - 200 225 - 400
107 110 113
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b.2) Frmulas de Fair-Whipple-Hsiao
So recomendadas pela NBR 5626:1998 para dimensionamento de
instalaes prediais, onde as tubulaes so curtas e com muitas conexes
ou singularidades,
aconselhvel a aplicao em tubulaes com dimetro interno D <
21/2 ou 63 mm.
Para tubulao de ferro galvanizado conduzindo gua fria: J =
0,002021.Q1,88/D4,88
Para tubulao de PVC rgido conduzindo gua fria: J =
0,0008659.Q1,75/D4,75
Para tubulao de cobre e lato conduzindo gua fria: J = 0,000859.
Q1,75/D4,75
Para tubulao de cobre, lato e CPVC conduzindo gua quente: J =
0,000692. Q1,75/D4,75
Onde:
J a perda de carga unitria, J = H/L (m/m), onde H a perda de
carga total (m)
o comprimento da tubulao (m);
Q a vazo, (m3/s);
D o dimetro da tubulao, (m).
Observaes importantes: As frmulas empricas (Hazen-Willians e
Fair-Whipple-Hsiao) devem ser vistas com reservas! Sempre em
problemas onde se necessita de uma rigorosa avaliao das perdas de
carga, melhor utilizar a Frmula Universal com o fator de
cisalhamento f determinado por alguma formulao semi-emprica.
2.3.2 Perda de Carga Localizada As conexes e peas especiais
(vlvulas, registros, curvas, cotovelos, redues,
alargamentos, etc...) existentes nas tubulaes, produzem distores
no escoamento, as
quais provocam uma perda de carga adicional (localizadas ou
singulares) nestes pontos.
Com relao s perdas de cargas totais (distribuda + localizada),
as perdas
localizadas so relativamente importantes no caso de tubulaes
curtas com grande
quantidade de singularidades. J nas tubulaes longas e retilneas,
as perdas
localizadas frequentemente so desprezveis, comparada perda
distribuda.
-
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Com a base terica anloga da perda de carga distribuda, foram
feitas vrias
experincias para determinao das localizadas, destacando-se, por
sua simplicidade e
resultados satisfatrios, dois mtodos de quantificao:
a) Mtodo do Coeficiente de Perda Localizada
Assim como na Frmula Universal, a perda localizada calculada
pelo mtodo do
coeficiente, tambm chamada de Equao Geral de Perdas Localizadas,
tomada como uma parcela da energia cintica, ou seja, proporcional
carga cintica:
gD8QK.
2gvK.H 42
22
Localizada ==
Onde:
HLocalizada a perda de carga localizada, (m);
K o coeficiente adimensional de perda de carga localizada, que
depende do
nmero de Reynolds Rey, da geometria da singularidade e da
rugosidade das paredes.
As Tabelas 5 e 6 mostram os coeficientes de perda de carga
localizada das principais
singularidades;
v a velocidade, (m/s);
Q a vazo em m3/s;
g a acelerao da gravidade, 9,81 m/s2.
Tabela 5 Coeficientes de perda de carga localizada K para os
principais componentes de um
sistema hidrulico. PEA Ks Pea Ks Ampliao gradual Bocais Cotovelo
de 90 Cotovelo de 45 Crivo Curva de 90 Curva de 45 Curva 22 Entrada
normal na canalizao Entrada de borda na canalizao Juno
0,30* 2,75 0,90 0,40 0,75 0,40 0,20 0,10
0,500 1,00 0,40
Reduo gradual Registro em ngulo aberto Registro de gaveta ou
esfera aberto Registro de globo ou presso aberto Sada da canalizao
T de passagem direta T de sada lateral T de sada bilateral Vlvula
de p Vlvula de reteno
0,15* 5,00 0,20 10,00 1,00 0,60 1,30 1,80 1,75 2,50
-
14
Tabela 6 Perdas de carga localizada nas redues e aumentos
bruscos de sees.
Em sistemas hidrulicos prediais de gua, a NBR 5626:1998 sugere
que sejam consideradas apenas as perdas de carga nos registros de
presso (tambm chamados de
globo), nas curvas, cotovelos e Ts. Para o clculo das perdas no
registro de presso, a
NBR 5626:1998 prope que a expresso seja adaptada ao Sistema
Internacional de unidades:
42
2
s6
RP dQ.K8.10H =
Onde:
- RPH a perda de carga localizada, (kPa);
- Q a vazo, (L/s);
- D o dimetro, (mm);
- Ks o coeficiente fornecido na Tabela 7.
Tabela 7 Coeficiente de perda de carga localizada para registro
de presso (NBR 10.071/1982) DN (mm) Ks
15 45 20 40 25 32
b) Mtodo do Comprimento Equivalente
Este mtodo consiste em expressar a perda de carga localizada de
uma
singularidade como comprimento equivalente de uma tubulao
fictcia de mesma seo
da singularidade, que produz uma perda de carga distribuda igual
localizada. A NBR
-
15
5626/1998 recomenda a utilizao do mtodo do Comprimento
Equivalente para curvas e cotovelos.
Os comprimentos equivalentes das principais singularidade de um
sistema
hidrulico constam de tabelas de fcil utilizao, conforme
indicados nas Tabelas 8 at
11.
Utiliza-se a Frmula Universal para calcular a perda de carga
localizada pelo
mtodo do comprimento equivalente:
2gv.
D)Lf.H
2EEQUIVALENT(=
Onde LEQUIVALENTE o comprimento equivalente de tubulao com mesmo
dimetro
da singularidade.
Observaes importantes: As perdas de carga localizadas podem ser
desprezadas quando Hlocalizada
0,05. Hdistribuda;
Agora, se as tubulaes so curtas e cheias de singularidades, as
perdas de carga localizadas so muito importantes. Como exemplo,
cita-se tubulao de suco de
um sistema elevatrio, instalaes prediais, etc.
Tabela 8 Comprimentos equivalentes de cotovelos e ts em metros
de tubulao de ao-
carbono, galvanizado ou no (Tabela A.2, NBR 5626/1998)
-
16
Tabela 9 Comprimentos equivalentes de cotovelos e ts em metros
de tubulao de PVC e cobre ou liga de cobre (Tabela A.3, NBR
5626/1998)
Tabela 10 Comprimentos equivalentes de sada de tubulao,
esntradas, registros e vlvulas em metros de tubulao de ao-carbono,
galvanizado ou no.
Tabela 11 - Comprimentos equivalentes de sada de tubulao,
entradas, registros e vlvulas em metros de tubulao de PVC e cobre
ou liga de cobre.
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17
Traado da linha de energia e linha piezomtrica
Em uma instalao hidrulica genrica, a perda de carga distribuda
aumenta ao
longo do traado de uma forma linear, gerando o decaimento da
linha de energia
gradualmente. J a perda de carga localizada por ser pontual,
gera um decaimento da
linha de energia na forma de impulso.
A Figura 4 mostra o traado das linhas de carga e piezomtrica
para o caso de
uma tubulao composta de trs trechos de dimetros diferentes,
indicando as perdas de
carga distribudas e localizadas.
Figura 4 - Traado das linhas de carga e piezomtrica para o caso
de uma tubulao composta de
trs trechos de dimetros diferentes.
As perdas de cargas enumeradas na Figura 4 so:
1) perda de carga local: entrada na canalizao (0,5.v2/2g);
2) perda de carga por atrito ao longo do trecho I;
3) perda de carga local por contrao brusca;
4) perda de carga por atrito ao longo do trecho II;
5) perda de carga local por alargamento brusco;
6) perda de carga por atrito ao longo do trecho III;
7) perda de carga local: sada da canalizao e entrada no
reservatrio.
EXERCCIOS PROPOSTOS Perda de carga distribuda 1- Para o sistema
esquematizado abaixo, utilizando a Frmula Universal de Perda de
Carga, determine:
a - vazo para: N1 = 219,70m N2 = 190,06 L = 600 m (comprimento
da tubulao)
= 100 mm K = 0,1 mm
-
18
b N1 para: N2 = 190,06 m L = 600 m
= 150 mm Q = 45,0 l/s K = 0,6 mm
c - quando: N1 = 90,00 m N2 = 80,02 m Q = 11,0 l/s L = 500 m K =
0,06mm
2 - Na adutora esquematizada abaixo o reservatrio 1 alimenta o
reservatrio 2. Porm, devido topografia do terreno necessrio colocar
uma caixa de passagem entre os dois reservatrios. Utilizando a
Frmula Universal, determine: a ) a vazo se N1 = 369,65 m; N2 =
350,0 m; L1 = 700 (comprimento da tubulao); D1 = 200 mm e K = 0,3
mm. b) o nvel N3 para a situao do item anterior sabendo-se que D2 =
250 mm; K2 = 0,06 mm e L2 = 500 m. c) o(s) dimetro(s) da canalizao
2 se N3 = 340,00 m, L2 = 500 m e K2 = 0,2 mm. Trace a linha
piezomtrica de toda a adutora.
-
19
3 Determine a vazo de uma tubulao de cimento amianto novo de 200
mm de dimetro que interliga dois reservatrios cujo desnvel de 14
metros. A canalizao tem 600 m de comprimento. 4 Calcule a cota do
reservatrio de montante da figura a seguir de forma que, a vazo
seja 0,020 m3/s. So conhecidos:
dimetro da canalizao: 100 mm comprimento da canalizao: 150 m
material da canalizao: P.V.C.
5 Para uma adutora de 2.400 m de comprimento com tubos novos de
ao revestida com uma camada espessa de betume, que interliga dois
reservatrios cujo desnvel de 60 metros. Determinar o(s) dimetro(s)
mais econmico para uma vazo de 0,07 m3/s.
6 Dimensionar uma adutora por gravidade mais econmica de 10 km
de comprimento sujeita a um desnvel de 50 m entre as suas
extremidades. A vazo de projeto de 1,2 m3/seg. e a tubulao ser nova
e de ferro fundido cimentado.
7 a ) A vazo a ser transportada do reservatrio (1) para o
reservatrio (2) do esquema abaixo de 90 l/s. Dimensionar a adutora
de ao soldado de forma que at o final da vida til do projeto, isto
, quando a tubulao apresentar tuberculizaes (C = 90). A presso no
ponto B no deve ser inferior a 2.m.c.a. (Utilizar a frmula de Hazen
Willians).
b ) Se a adutora for executada com dimetro de 200 mm em toda sua
extenso, qual deve
ser a sua cota no ponto B para garantir uma presso mnima de 2
m.c.a, e qual a vazo que escoar?
-
20
Perda de Carga Localizada 8 Se a presso no ponto A, mostrado na
figura abaixo de 20 m.c.a e a vazo de 6,0 l/seg. Traar a linha
piezomtrica efetiva e a linha energtica da canalizao. Utilizar para
este exerccio a frmula de Hazen Willians - C = 100.
9 Determinar a altura de um reservatrio de forma que a presso
mnima no chuveiro seja de 1,0 m.c.a e na vlvula de descarga seja de
1,20 m.c.a. Para efeito de clculo considerar que ambas as peas
possam funcionar ao mesmo tempo.
OBS.: RG Registro de Gaveta
RGL Registro de Globo
Canalizao de ao galvanizado (utilizar Fair Whipple Hsiao)
Todas as mudanas de direo com cotovelos.
10 a) Dimensionar o trecho AB da instalao de combate a incndio
de forma que a perda de carga unitria seja menor ou igual a 0,08
m/m. Sabendo-se que a canalizao ser de ao galvanizado (utilizar a
frmula de Fair Whipple Hsiao).
-
21
b) Determinar a altura do reservatrio (HR) de forma que o
alcance horizontal da gua seja de 8 m.
dimetro do requinte 22 mm; coeficiente de velocidade do bocal Cv
= 0,98 todo trecho AC ser de ao galvanizado; a mangueira (trecho
CD) tem coeficiente de rugosidade equivalente K = 0,3
mm; em C existe um registro em ngulo que pertence ao trecho
BC.
11 Calcule a vazo que escoa pela instalao a seguir quando os
registros estiverem totalmente abertos. Dados:
- canalizao de PVC;
- as mudanas de direo sero com joelhos;
- Rg = Registro de Gaveta;
- RP = Registro de presso;
- Considere todas as perdas localizadas;
- a entrada de gua na canalizao e de borda;
- utilize a frmula de Fair Wipple Hsiao.
-
22
12 Numa coluna de distribuio de gua em um edifcio, tem-se um
trecho, como indica a figura, que precisa ser dimensionado. O
critrio de dimensionamento impe uma presso de 4 m.c.a. nos pontos
de derivao A, B e C. Material da tubulao = ao galvanizado.
Utilizando a frmula de Hazen Willians, determine:
a) dimetro dos trechos 1, 2 e 3; b) verificar se as velocidades
nos trechos especificados satisfazem as condies de velocidade
permissvel. Sabe-se que vmx 2,5 m/s.
13 Determine a altura do reservatrio (HR) da forma que a presso
mnima na vlvula de descarga (VD) do ltimo andar seja de 1,20 m.c.a.
A tubulao ser de PVC rosquevel com conexes de ferro galvanizado.
Recomenda-se que no barrilete (trecho AD) o dimetro deve ser tal
que a perda de carga seja menor ou igual a 0,08 m/m, e admita que a
vazo de cada trecho seja a soma das vazes anteriores. Utilizar Fair
Wipple Hsiao.
-
23
14 Qual deve ser a altura do reservatrio elevado de um edifcio,
para atender a condio de presso mnima no chuveiro do ltimo andar,
como mostrado na figura a seguir. Sabe-se que a tubulao de ferro
galvanizado, presso mnima no chuveiro de 1,0 m.c.a. e que todos as
mudanas de direo sero feitas com cotovelos. OBS.: Utilizar Fair
Whiple Hsiao; canalizao no reservatrio tem uma entrada normal.
15 - Uma tubulao de 800 m de comprimento e 300 mm de dimetro
descarrega 60 L/s em um reservatrio. Calcular a diferena de nvel
entre a represa e o reservatrio, considerando todas as perdas de
carga. Tubulao de ferro fundido no revestido. Utilizar a frmula
universal de perda de carga.
-
24
Dados: 1 Entrada de borda; 2 e 7 Registro de gaveta aberto 3 e 4
Curva 90 5 e 6 Curva 45 8 Sada de canalizao
16- Um sistema de tubulaes transporta gua desde um depsito de
grandes dimenses e descarrega em jato livre com mostra a figura
abaixo. Que vazo deve-se esperar dentro da tubulao de ao
galvanizado novo previamente alisado de 20,3 cm de dimetro e com os
acessrios indicados? Aplicar a Frmula Universal para a perda de
carga distribuda e o mtodo do coeficiente para a perda de carga
localizada. Dado: Tgua = 24oC.
17- Tem-se uma canalizao que liga dois reservatrios, num total
de 1200 m de tubulao de ao galvanizado de 2. Se o desnvel entre os
reservatrios de 30 m, qual a vazo na tubulao. Imagine que o
problema prtico e use a frmula de Fair-Wipple-Hsiao.
18 - Utilizando o diagrama universal de Moody, responder s
seguintes perguntas:
a) Qual o coeficiente de atrito para Rey = 105, em um tubo liso,
para /D = 0,0001 e /D = 0,001?
-
25
b) Para que faixa de nmero de Reynolds constante o coeficiente
de atrito, em um tubo de fofo novo ( = 0,50 mm) e 152 mm de
dimetro?
c) Supondo que a rugosidade absoluta de um determinado tubo
aumente 3 vezes do seu valor inicial, em um perodo de 3 anos, teria
este aumento maior efeito na perda de carga em um escoamento
turbulento, para nmeros de Reynolds altos ou baixos? Por qu?
d) Para quais tipos de escoamentos f depende unicamente de
Reynolds? e) Para que tipo de escoamento f depende unicamente de /D
e Reynolds? f) Se o coeficiente de atrito 0,06, para um tubo liso,
qual seria o coeficiente de atrito
para um tubo de rugosidade relativa /D = 0,001, com o mesmo
nmero de Reynolds?
19 - Qual a vazo que passa atravs da tubulao de ao com leve
enferrujamento de 150 mm de dimetro mostrada na figura? Dado: =
1,13 x 10-6 m2/s. Utilizar a Frmula Universal.
20 - Qual ser a vazo atravs do sistema de tubulaes da figura a
seguir? O dimetro da tubulao de PVC 150 mm. Dado: H2O = 1,13 x 10-6
m2/s. Utilizar a Frmula Universal.
21 - Determinar a vazo na tubulao, do esquema abaixo, e o
comprimento equivalente para as perdas localizadas. Utilizar a
Frmula Universal. Dados: tubulao de ferro fundido levemente
enferrujado. Dimetro = 3 = 0,075 m. rea = 4,41 x 10 3 m2.
22 - Dois reservatrios cujos nveis esto nas cotas 500 m e 497,5
m, esto interligados por uma tubulao de concreto com acabamento
interno muito liso e juntas bem cuidadas (e = 10-3 m) de 1
-
26
Km de extenso e 1,0 m de dimetro. Pede-se a vazo que pode ser
transportada. Usar a Frmula Universal. Dados: g = 10 m/s2, H2O =
10-6 m2/s.
23 - A vazo a ser transferida do reservatrio (1) para o
reservatrio (2) 40 L/s. Dimensionar a adutora de ao rebitado,
usando os dados da figura. Verificar que a presso disponvel no
ponto B deve ser positiva. Utilizar a Frmula de Hazen-Willians.
24 - Deseja-se aumentar a vazo que escoa em um sistema em 40% de
seu valor atual, atravs da instalao de um outro reservatrio (linha
tracejada). Determinar o dimetro a ser utilizado na ampliao. Os
cotovelos so de raio curto, os registros de globo e as sadas de
borda. Material = P.V.C. Utilizar Hazen-Willians para as perdas de
cargas distribudas e mtodo dos coeficientes para as perdas de
cargas localizadas.
25 - Determinar o desnvel H a partir do qual o escoamento de gua
atravs da tubulao de fofo novo ( = 0,60 mm), torna-se francamente
turbulento. Na instalao os cotovelos so de raio
-
27
curto, o registro de ngulo e a entrada de borda. Dimetro da
tubulao = 3, H2O = 10-6 m/s2, 1 pol = 25 mm. Utilizar a Frmula
Universal.
26 - A instalao hidrulica da figura de ao galvanizado, os
cotovelos de raio curto e os registros de gaveta. No ponto B existe
uma retirada de 0,7 L/s. Determine a vazo que chega ao reservatrio
2.
27 - A instalao hidrulica da figura de ao galvanizado, os
cotovelos de raio curto e os registros de gaveta, sendo os
registros 1 parcialmente fechado e o registro 2 totalmente aberto.
No ponto B existe uma retirada de gua de 0,6 L/s. Determine a vazo
que chega ao reservatrio II e o comprimento equivalente do registro
1 para que as perdas de carga em ambos os registros sejam
iguais.
RESPOSTAS:
1) A) Q=6,42 L/s B) N1=228,01m C)Dimetro = 112 mm, adotado
D=120mm 2) A)Q=70L/s B)346,53m C) L1=161,02m com D=250mm e
L2=338,98m com
D=200mm. 3) Q=68,645L/s
-
28
4) N1=991,75m 5) D=196mm, comercial adotado D=200mm. No h
necessidade de dimetros diferentes.
(C=135) 6) D=791mm, comercial adotado D=800mm (C=140, o maior da
tabela de ferro fundido) 7) A) D=300mm B) LAB=553,6m (D=300mm);
LBC=646,4m (D=200mm) 8) Pf=20,67mca 9) Faltando a altura de gua na
caixa dgua (Considerado 0,5m acima da cota H).
Considerando posio da tubulao horizontal de dimetro 1pol
coincidente com o topo da laje. Considerado vazo que sai para a
tubulao esquerda da VD igual a 0. Resp.: Para p=1mca no chuveiro
H=0,81m; para p=1,2mca na VD H=0,84m. Portanto H=0,84m satisfaz as
duas condies.
10) A) D=60mm B) Desconsiderada perda de carga na sada. H=10,9m
11) Q=0,33L/s 12) Considerando curvas 90 e C=118
A) D1=7cm, D2=5cm, D3=4,5cm. B) Para que as velocidades sejam
menores que 2,5m/s, os dimetros deveriam ser: C) D1=8cm
(V=2,39m/s), D2=7,75cm(V=2,26m/s), D3=6,5cm(V=2,41m/s).
13) HR=0,62m (Considerado Nvel de gua no reservatrio =0,8m) 14)
Considerada altura de gua no reservatrio 0,5m. Resp.: HR=1,82m 15)
K=0,15mm (para ferro fundido no revestido 0,15 0,6mm, considerado
k=0,15mm)
Obs.: Faltam dados de Leq para D=300mm (As tabelas fornecem at
D=150mm) 16) Com f=0,02. Q = 97,87L/s 17) Todas mudanas de direes
consideradas curvas. Resp.: Q=1,59L/s 18) A) f=0,0185; f=0,022
B) Rey> 106 C) Perda de carga maior para Rey altos, pois para
estes o valor de f possui maior variao com o aumento da rugosidade
absoluta. D) Para regime laminar. E) Para regime turbulento.
19) Q=8,95L/s 20) Q=23,84L/s 21) Com f=0,02. Q = 13,55L/s. 22)
Q=463,5L/s 23) L1=2414,13m com D=300mm; L2=485,87m com D=200mm.
Presso em B = 0,095mca
(Positiva). 24) D=26mm 25) h = 3,4mm. Ou seja, independente do
nvel de gua no reservatrio, o escoamento
sempre ser turbulento. 26) Q=2,1L/s 27) Q=2,65L/s; Leq do
registro = 5,8m.