AULA 2

O significado da palavra Hidráulica é "condução de água" (do grego hydor, água e aulos, tubo, condução)
No entanto, hoje estudamos o comportamento da água e de outros líquidos, seja em repouso (hidrostática) ou em movimento(hidrodinâmica). A hidráulica geral aproxima-se muito do que chamamos Mecânica dos Fluidos.

Os fluidos se dividem em:

1. Líquidos

São propriedades físicas dos líquidos:

• Quando colocados em um recipiente, ocupam só um determinado volume, qualquer que seja o recipiente em que caiba e sem sobras.
• pouco compressíveis
• resistem pouco a trações
• resistem muito pouco a esforços cortantes (por isso se movem facilmente)

2. Aeriformes (gases e vapores)

São propriedades físicas dos gases:

• Quando colocados em um recipiente, ocupam todo o volume, independente de sua massa ou do tamanho do recipiente
• São altamente compressíveis
• Têm pequena densidade se comparados aos líquidos

HIDROSTÁTICA

A hidrostática estuda os fluidos em repouso ou em equilíbrio.

1. LEI DE PASCAL (estabelecida por Leonardo da Vinci)

“EM QUALQUER PONTO NO INTERIOR DE UM LÍQUIDO EM REPOUSO, A
PRESSÃO É A MESMA EM TODAS AS DIREÇÕES”

1.1. O que é pressão?

Podemos denominar pressão como sendo o quociente entre força e a área onde atua esta força.

P = F/A

Onde: P é a Pressão, F é a força e A é a área.

figura 1: fonte - Jeferson - Instituto de Física - UFRGS

 

 

 

1.2. Aplicando a lei de Pascal - Princípio da prensa hidráulica

figura 2: fonte - Georgia State University - GSU

Se P1 = P2

F1/A2=F2/A2

Se o diâmetro de 1, d1=10 cm – A1=78,5 cm2
e o diâmetro de 2, d2= 60 cm – A2= 2826 cm2

E se F1=50 kgf, F2= 50*36=1800 kgf, ou seja, 36 vezes maior.

 

 

 

 

2. LEI DE STEVIN (pressão devida a uma coluna líquida)

Um dos princípios fundamentais da hidrostática é o princípio de Stevin:

“A DIFERENÇA DE PRESSÃO ENTRE DOIS PONTOS DA MASSA DE UM
LÍQUIDO EM EQUILÍBRIO É IGUAL À DIFERENÇA DE PROFUNDIDADE
MULTIPLICADA PELO PESO ESPECÍFICO DO LÍQUIDO”

ou seja, dados os pontos P1 e P2 no interior de um líquido:

figura 3: fonte Ronaldo T. Suzuki

P2 - P1= pe.h

 

Onde pe é o peso específico (gama) do líquido e h é diferença de altura entre os pontos P1 e P2

Se o líquido em questão é água, teremos pe=1,00 kg/dm3 ou 1,00 kg/l e:

 

P2 - P1= h

 

Ou seja, a diferença de pressão entre dois pontos é a altura da coluna d'água. E daí extraímos a unidade utilizada para determinar a pressão em uma instalação hidráulica: m.c.a. (metros de coluna dágua)

 

figura 4: fonte http://www.geocities.com/guri.geo/hidrosta.htm

 

Calcule as pressões nos pontos A, B, C e D:

figura 5: fonte Manual de Hidráulica - Azevedo Neto

Resposta:

PA= pa (pressão atmosférica)

PB= pe.h + pa (pe=peso específico do liquido)

PC= PB (lei de Stevin)

PD= pe.h - pe.z + PA -> PD= pe.(h-z) + Pa

 

 

 

Levando-se em conta a pressão atmosférica (Pa), temos:

figura 6: fonte Ronaldo T. Suzuki

Como geralmente o que nos interessa nos projetos de hidráulica é conhecer a diferença de pressões, a pressão atmosférica que age igualmente em todos os pontos pode ser desconsiderada.

 

A hidrodinâmica tem por objetivo o estudo dos fluidos em movimento.

1. Vazão ou descarga

É o volume de fluído (água) que passa por uma seção (tubo) de dimensão definida em um dado intervalo de tempo.

figura 7: fonte - Jeferson - Instituto de Física - UFRGS

Q=V / T

Onde Q é vazão, V é o Volume e T é o Tempo)

Unidades: l/min, m3/s, etc.

2. Regimes de Escoamento

Observando os líquidos em movimento, distinguimos dois tipos de movimento:

2.1. Regime Laminar (tranquilo)

As trajetórias das partículas em movimento são definidas e não se cruzam

 

2.2. Regime Turbulento (agitado)

O movimento das partículas é desordenado.

 

figura 8: fonte Manual de Hidráulica - Azevedo Neto

 

3. Equação da continuidade

 

Q = A. v

Onde Q é a vazão (m3/s), A é a área da seção de escoamento e v é a velocidade média na seção (m/s)

Como Q1 = Q2, temos A1.v1 = A2.v2

figura 9: fonte - Jeferson - Instituto de Física - UFRGS

 

 

4. Escoamento em tubulações

Os tubos são utilizados em grande parte das aplicações da Hidráulica na Engenharia e na Arquitetura. O tubo é um conduto usado para transporte de qualquer fluido e geralmente tem seção circular. Quando funcionam com a seção cheia (plena) estão sob pressão maior ou menor que a pressão atmosférica e podem ser chamados de condutos forçados:

- Pressão maior que a Pressão Atmosférica: recalque

- Pressão menor que a Pressão Atmosférica: sucção

 

Quando não funcionam com a seção cheia, como no caso de tubos destinados ao esgoto sanitário de nossas casas, o interior do tubo deve ter a pressão atmosférica, logo funcionam como canais livres e são chamados de condutos livres.