Faculdade de EngenhariaDepartamento 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 Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Homero Soares Capítulo 2 Escoamento em Conduto Forçado Simples Conceito Condutos forçados são tubulações em que a pressão interna é diferente da atmosférica. P ≠ Patm P < Patm Sucção P > Patm Adução 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 5 m/s Onde: D é o diâmetro interno da tubulação (m) Para Instalações Hidráulicas Prediais (NBR 5626/98): Umáx ≤ 3.D ou U ≤ 3.0 m/s .5. Velocidades Recomendadas Para Sistemas de Abastecimento de Água: Umáx = 0. Homero Soares Velocidades recomendadas: Escoamentos Forçados Pré-dimensionamento das canalizações: Velocidade de escoamento: faixa recomendada.6 + 1.Universidade Federal de Juiz de Fora .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Podem provocar: cavitação .Retenção de ar na tubulação . O colapso produz choque entre as partículas fluidas e danifica a parede do conduto reduzindo assim a capacidade de escoamento.UFJF Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Prof.6 m/s) Consequências: .Baixa eficiência de escoamento para remoção de ar e outras partículas Velocidades Altas: (U >>> 0.Universidade Federal de Juiz de Fora .6 m/s) Área Vazão Perda de Carga Venturi Consequências .Incrustações .Golpe de aríete mais intenso . Homero Soares Velocidades Baixas e Altas Velocidades Baixas: (U < 0. .Aumentam a perda de carga 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. 6 1.5.2 0. • Realizado a partir do critério de VAZÃO MÁXIMA / menor diâmetro possível: MAIOR ECONOMIA.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof.98 48.D DN DE (mm) DI (mm) Umáx (m/s) Qmáx (l/s) 50 60 54.75 5.0 D = diâmetro (m) U = velocidade (m/s) .9 150 170 156.Universidade Federal de Juiz de Fora .6 75 85 77.6 + 1.72 3.7 250 274 252.05 74. VARIA em função na natureza do conduto Umáx = 0. • O dimensionamento só estará completo após a verificação das pressões disponíveis.19 145.4 1.4 100 110 100.8 1.68 1. Homero Soares Pré-dimensionamento de Canalizações • Velocidade: principal VARIÁVEL.6 0.0 0.2 0.8 500 532 489.0 200 222 204.8 300 326 299.0 0.4 0.91 29.33 251.1 400 429 394.83 16. da linha piezométrica.Universidade Federal de Juiz de Fora . em alguns pontos. Homero Soares Traçado das Canalizações Devido à topografia dos terrenos a tubulação pode estar totalmente abaixo. coincidente ou acima. .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. DE GASES dissolvidos na água e do processo de enchimento da linha. .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof.Universidade Federal de Juiz de Fora . Conduto forçado.Cuidados especiais nos pontos altos Instalação de ventosas retirar o ar acumulado proveniente. Homero Soares Traçado das Canalizações Traçado 1 (Tubulação totalmente abaixo da Linha Piezométrica) 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. REDUZ performance do escoamento.Conduto forçado (P/δ > Patm) em todo o seu perfil.Cuidados especiais nos pontos baixos Instalação de válvulas de descarga para promover a limpeza da tubulação. Pode ser dimensionado com as equações de perda de carga apresentadas . . . Universidade Federal de Juiz de Fora . reduz-se o desempenho dos escoamentos.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. a vazão do escoamento coincide com a calculada. OBS: Um orifício na geratriz superior dos tubos não provocaria a saída da água. Caso contrário. o projeto de canalizações deve seguir as posições estudadas. Na prática. .Tubulação funciona como conduto livre (P = Patm) Nesse caso. Homero Soares Traçado das Canalizações (cont) Traçado 2 (Tubulação coincide com a Linha Piezométrica Efetiva) . Homero Soares Traçado das Canalizações (cont. porque.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof.Universidade Federal de Juiz de Fora . 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. reduz a vazão escoada. Toda a tubulação localiza-se abaixo da LP.) Traçado 3 (Tubulação corta a LPE. nesses pontos. Escoamento torna-se irregular. . Alternativa recomendável: construir caixa de transição (Reservatório) no ponto mais alto altera a posição da Linha Piezométrica. mas fica abaixo do PCE – Plano de Carga Estático) OBS: O acúmulo de ar formando bolhas. a pressão é inferior à atmosférica. sujeita a pressões positivas como no Traçado 1. .Trata-se de um sifão que funciona em condições precárias.A água -O não atinge por gravidade o trecho acima do NA no reservatório R1 escoamento só é possível após o enchimento da tubulação.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. . exigindo escorva quando entra ar na canalização. Homero Soares Traçado das Canalizações (cont.Universidade Federal de Juiz de Fora .) Traçado 4 (Tubulação corta a LPE e o PCE – Plano de Carga Estático) . Impossível o escoamento por gravidade.Trata-se de um sifão funcionando nas piores condições possíveis.) Traçado 5 Absoluta) (Tubulação corta Linha Piezométrica . . Homero Soares Traçado das Canalizações (cont.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. .Universidade Federal de Juiz de Fora . .O fluxo só é possível se for instalada uma bomba para impulsionar o líquido até o ponto mais alto da tubulação. c) Qual deve ser a perda de carga localizada (hfLoc) para que a .1 p. b) Determinar a vazão e velocidade efetivas.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Desprezar Dado: as perdas de carga PVC C = 140 localizadas. Homero Soares Problema II. CII5) a) 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.Universidade Federal de Juiz de Fora . Separação da coluna d´água CAVITAÇÃO CAVA = BOLHA Pressão na adutora < pressão do vapor (pv) Pvágua ~ 240 kgf/m3 . Coeficiente de atrito: f = 0.Universidade Federal de Juiz de Fora . cujo perfil mostrado abaixo (sifão). LEB = 2500 m .015 .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Temperatura da água ≈ 20ºC . CII9) Verificar a possibilidade de separação da coluna líquida na adutora que interliga o reservatório R1 ao R2. LCD = 200 m. conhecendo-se suas características. quando transporta 280 l/s. LDE = 200 m. Diâmetro: D = 600 mm .2 (p. . Homero Soares Problema II. Comprimentos: LAC = 2000 m. Homero Soares .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof.Universidade Federal de Juiz de Fora . Universidade Federal de Juiz de Fora .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Homero Soares Problema II.. Considerando desprezível as perdas de carga localizadas.3 (p CII10) Uma tubulação de PVC. localizadas calcular a vazão escoada utilizando a fórmula universal com T = 20oC. . 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. a ser instalada próximo ao ponto D. b) A perda de carga adicional fornecida por uma válvula de controle de vazão.Universidade Federal de Juiz de Fora . Homero Soares Problema II. Desprezando as perdas localizadas e a parcela de energia cinética. pede-se determinar: a) O menor diâmetro comercial para a tubulação BD capaz de conduzir a vazão de 70 l/s.4 (p. sob a condição de carga de pressão na tubulação igual ou superior a 2. CII11) Dois reservatórios deverão ser interligados por uma tubulação de ferro fundido (C = 130) com um ponto alto em “C”.0 m. para regular a vazão em exatos 70 l/s. .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Homero Soares Problema II.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof.4 (p. CII11) 2 mca .Universidade Federal de Juiz de Fora . Homero Soares Problema Proposto (p CII-14 Verso) Na tubulação apresentada a seguir. de diâmetro 150 mm. a pressão no ponto “A” vale 25 mca.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. 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). .Universidade Federal de Juiz de Fora . LAC=2440 m. DCB= 400mm. CAC=140 LCB=1200 m. b) Qual a máxima vazão transitante na adutora.00212. pede-se: a) O valor de Q quando o registro C está FECHADO. βAC= 0. DAC=600 mm. Homero Soares Problema proposto II (p. ZR1=212 m.00152. CII-15) Para os valores de NA indicados na figura abaixo.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. ZC= 120 m 212 m 190 m A B C . βCB= 0. ZR2= 190 m.Universidade Federal de Juiz de Fora . Considere a tubulação abaixo para o cálculo da perda de carga contínua. q = vazão de distribuição em marcha: q = (QM-QJ)/L . QM=QJ+qL hf = perda de carga contínua. há normalmente várias derivações de água do tronco principal. Onde: dx = Trecho elementar da tubulação. Nesses casos a vazão é dita uniformemente distribuída ao longo do conduto. Homero Soares Perda de Carga com distribuição ao Longo do Percurso Nas redes de abastecimento de água e sistemas de irrigação.UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. QJ = Vazão de jusante. distante “x” da extremidade do Q = Q“Q”.Universidade Federal de Juiz de Fora . tubo. denominada vazão de distribuição em marcha (q). QM = Vazão de montante. a vazão J + qxserá: . Num trecho elementar dx. Universidade Federal de Juiz de Fora .dx D 0 . m . Homero Soares Perda de Carga: distribuição ao Longo do Percurso Sabe-se que: Qn hf . m .L QMn 1 Qn mas : J . então: . m .dx A perda de carga no trecho “dx” D será: Em toda a tubulação. m hf m (n 1) D QM D Então : hf J .L QMn 1 QJn 1 hf m (n 1) D QM QJ Análise: Se toda vazão é consumida em “L” (QJ = 0).L n 1 Fator de redução da perda de carga contínua . a perda de carga será: L Qn hf .L D n Q hf ' .UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. Homero Soares 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.L QMn 1 QJn 1 hf m ( n 1) D QM QJ . ≈ .Universidade Federal de Juiz de Fora .L D QF = vazão fictícia. m . como mostrado abaixo: QM QJ QF 2 QFn hf . UFJF Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – ESA Faculdade de Engenharia Prof. . pede-se calcular as vazões nos trechos AB e CD e a cota piezométrica em D. e atender aos moradores localizados ao longo do trecho BC que consomem 0.0 e a pressão 1.Universidade Federal de Juiz de Fora . Homero Soares 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. considerando as perdas de carga localizadas desprezíveis.m.3 kgf/cm2. Sabendo-se que no ponto B a cota do terreno é 108.05 l/s.