Aula - Introdução

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PROF. RAFAEL MATIAS FELTRIN
Engenharia Ambiental e Sanitária
UNIPAMPA - Campus de Caçapava Do Sul 
SALA 306 – 5 
feltrin.unipampa@gmail.com
Hidráulica
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Fundamentos de Hidráulica
Conceituação, divisão e objetivos da 
Hidráulica
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Conceitos Básicos
Hidráulica  hydor + aulos
água condução
• Parte da física que se dedica a estudar o comportamento dos fluidos
(líquidos) em repouso ou em movimento.
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Conceitos Básicos
• Conceito atual  área da engenharia que aplica os conceitos da mecânica
dos fluidos na resolução de problemas ligados à captação, armazenamento,
controle, transporte e uso da água.
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Conceitos Básicos
Mecânica dos 
fluidos
Hidráulica
 Líquidos e gases
 Líquidos (água)
Física  Sólido, líquido e gasoso
Estados físicos da matéria
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Abastecimento e Saneamento básico
mailto:feltrin.unipampa@gmail.com
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiOusHhnf7SAhXDI5AKHQxAAbEQFggkMAI&url=https://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_f%C3%ADsicos_da_mat%C3%A9ria&usg=AFQjCNGObbTI-z8y1Y_BJqwf_CfUQwdnRw
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Drenagem Urbana
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Construção civil
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Engenharia de transportes
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Irrigação
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Geração de energia
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Conceitos Básicos
• Aplicações 
– Industria
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Divisões da Hidráulica
Hidrostática
Hidrodinâmica
Líquidos em repouso ou em equilíbrio 
Líquidos em movimento e forças envolvidas
Hidráulica Urbana
Sistema de Abastecimento de Água
Sistema de Esgotamento Sanitário
Sistema de Drenagem Urbana
Hidráulica Rural ou Agrícola
Irrigação 
Drenagem Agrícola
Hidráulica Fluvial Rios e Canais
Hidráulica Marítima Portos e Obras Marítimas
Instalações Prediais, Industriais e Hidrelétricas
Meio Ambiente
Preservação dos Habitats Aquáticos
Dispersão de Poluentes
Erosão, entre outros
Hidráulica Geral 
ou Teórica
Hidráulica Aplicada
Aproxima-se a mecânica 
dos fluidos
Aplicação prática dos 
conceitos de mec. dos fluidos
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SÍMBOLOS ADOTADOS E UNIDADES USUAIS
O que é maior 8 ou 80?
Números apenas, sem dimensão de medida, nada 
informam em termos práticos:
Evidentemente que 8 m3 é maior que 80 litros. 
Poderia ser de outra forma: 8 kg e 80 kg.
SISTEMA DE UNIDADES
O domínio das unidades e dos fatores de conversão é requisito básico para a elaboração
de projetos hidráulicos. As principais grandezas utilizadas em hidráulica são:
U.T.M Unidade Técnica de Massa 1 U.T.M = 9,81 kg 1 kgf = 9,81 N
1 N = 0,102 kgf 1 N = 1 kgf.m.s-2
• Porém ainda são toleradas algumas unidades de outros sistemas.
SISTEMA DE UNIDADES
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 Dentre as grandezas citadas as mais utilizadas serão:
• Unidades de pressão:
• Unidades de vazão:
1m3/s = 3600 m3/h = 1000 L/s = 3 600 000 L/h
SISTEMA DE UNIDADES
1atm = 101.396Pa = 10.336kgf/m2 = 1,034kgf/cm2 = 760mmHg = 10,33mca
Vazão volumétrica
Para converter de para multiplique por:
m³/s m³/h 3 600
m³/s l/s 1 000
m³/s l/h 3 600 000
1 m3 tem 1000 litros
1 hora tem 3600 segundos
SISTEMA DE UNIDADES
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SISTEMA DE UNIDADES
Exercício: Transformar 0,015 m3/s para: m3/h, l/s e l/h.
Resposta: 54 m3/h, 15 L/s e 54.000 L/h
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Fundamentos de Hidráulica
Princípios Básicos de Hidrostática e
Hidrodinâmica
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
 Corpos cujas moléculas têm a propriedade de se mover, umas
em relação às outras, sob ação de forças de mínima grandeza.
 Dividem-se em líquidos e aeriformes (gases, vapores).
• DEFINIÇÃO DE FLUIDO
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PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
- Gasoso
- Líquido
MATÉRIA
- SÓLIDO
- FLUIDO
• DEFINIÇÃO DE FLUIDO
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Diferença de estado:
- Distância e magnitude do movimento das moléculas (estrutura molecular);
- Forças coesivas intermoleculares;
Fluido
Grande distância e magnitude do 
movimento entre as moléculas. 
Forças coesivas pequenas.
Sólido
Pequena distância e magnitude do 
movimento entre as moléculas.
Forças coesivas grandes.
• Sólidos Forma rígida e compacta.
• Líquidos Mobilidade – volume definido, assume a forma do recipiente.
• Gases  Não têm forma nem volume definidos – assumem forma e volume do recipiente que os contém.
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MASSA ESPECÍFICA (𝜌) 
Relação entre a massa e volume do corpo. 
ρ =
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
Unidades: kg/m3, g/cm3
Água a (4oC) ρH2O =1000 kg/m3
Água a (100oC) ρ H2O = 958,4 kg/m3
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PESO ESPECÍFICO ()
Relação entre o peso do corpo e o volume por ele ocupado.
 =
𝑝𝑒𝑠𝑜
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
Unidades: N/m3, kgf/m3
 =
𝑚 .𝑔
𝑉
= 𝝆.𝒈Relação entre  e 𝜌 : 
Água  γH2O = 9800 N/m3
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Exemplo: Uma caixa de 1,5 x 1,0 x 1,0 m armazena 1497,5 kg de água. 
Determine o peso específico da água em N/m3. 
Considere g = 9,81 m/s2.
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DENSIDADE RELATIVA ()
Relação entre a massa específica de uma substância e a massa específica de
uma substância tomada como referência, ou a relação dos pesos específicos.
 =
𝜌
𝜌á𝑔𝑢𝑎
=

água
Unidade: adimensional
 Normalmente a substância tomada como referência é a água a 4ºC
 massa específica de 1000 kg m-3.
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Exemplo: Calcule a densidade relativa da água e do mercúrio (Hg),
sendo dados:
ρ Hg = 13600 kg/m3
ρ água = 1000 kg/m3
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É a propriedade que os corpos têm de reduzir seus volumes, sob a ação
de pressões externas.
COMPRESSIBILIDADE
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Considerando-se a lei de conservação da massa, um aumento de pressão
corresponde a um aumento de massa específica, ou seja, uma diminuição de volume.
Δ𝑽 = −α. 𝑽. Δ𝒑
ΔV: variação de volume;
: coeficiente de compressibilidade;
V: volume inicial;
Δp: variação de pressão;
O inverso de  é ε (ε= 1/α)  Módulo de elasticidade de volume.
COMPRESSIBILIDADE
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COMPRESSIBILIDADE
Para efeitos práticos, os líquidos são considerados
incompressíveis.
 1 000 L de água à pressão de 7 kgf cm-2, sofre uma 
redução de volume igual a 0,0033 m3 ou 3,3 L.
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É a propriedade dos fluidos responsável pela sua resistência à
deformação (deslocamento).
Quando um fluido escoa, verifica-se um movimento relativo entre as 
suas partículas, resultando um atrito entre as mesmas. 
A viscosidade esta diretamente relacionada com a coesão
entre as partículas do fluido.
• Óleos escoam mais lentamente que a água.
VISCOSIDADE (Atrito Interno)
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Em conseqüência da viscosidade o escoamento dos 
fluidos dentro das canalizações somente se verifica 
com perda de energia  “perda de carga”.
VISCOSIDADE (Atrito Interno)
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 A segunda lâmina tenderá
acelerar a primeira e a primeira a
retardar a segunda.
 Surgirá uma força tangencial
que será proporcional ao
gradiente de velocidade.
VISCOSIDADE (Atrito Interno)
Considere que no interior de um líquido, as partículas contidas em duas
lâminas paralelas de área (A), movem-se a distância (n), com velocidades
diferentes (V) e (V+V):
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𝐹 = μ. 𝐴.
Δ𝑉
Δ𝑛
F – força necessária para o deslocamento
μ – coeficiente de viscosidade dinâmica 
A – área (superfície contato )
V – diferença de velocidade entre as duas camadas;
n – distância entre as camadas.
• Força de cisalhamento (F)
Unidades: kgf.s/m2; N.s/m2
VISCOSIDADE (Atrito Interno)
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• Viscosidade dinâmica (μ):
• Viscosidade Cinemática (𝜐):
Representa a força por unidade de área necessária ao arrastamento de uma
camada de um fluído em relação à outra camada do mesmo fluído.
Unidade: N.s/m2;
Razão entre a viscosidade dinâmica e a massa específica do fluído.
Unidade: m2/s
𝜐 =
μ
𝜌
VISCOSIDADE (Atrito Interno)
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• COESÃO:
É a capacidade que uma substância tem de permanecer unida, resistindo à
separação.
Ex.: formação de
uma gota d'agua.
 Forças decorrentes da atração entre moléculas de mesma natureza (L-L).
 Permite às partículas fluidas resistirem a pequenos esforços de tensão.
Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
HH
O-
-
-
-
-
-
-
-
- -
+
-
Pontes de
hidrogênio
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• ADESÃO:
Quando um líquido esta em contato com um sólido, a atração exercida pelas moléculas
do sólido pode ser maior que a atração existente entre as moléculas do próprio líquido.
Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
 Atração entre moléculas de natureza diferente (L-S).
+ +
+
+
+
+
Ocorre devido à 
polaridade. 
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 A coesão é a força de atração entre partículas adjacentes dentro de
um mesmo corpo (L-L), enquanto a adesão é a interação entre as
superfícies de distintos corpos (S-L).
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• Tensão superficial: Tensão existente na interface entre os fluidos.
 Na superfície de contato entre dois fluidos
(água e ar), forma-se uma película elástica
capaz de resistir a pequenos esforços.
Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
Isso se deve a atração entre as moléculas do líquido
(coesão) ser maior que o atração exercida pelo ar.
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 Resultado da adesão entre a água e a
parede do tubo, combinada com a coesão
das moléculas da água entre si.
Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
• Capilaridade: Fenômeno físico resultante das interações entre
as forças de adesão, coesão e tensão superficial.
 Elevação (ou depressão no Hg) de um
líquido dentro de um tubo de pequeno
diâmetro.
coesão
ad
es
ão
ad
es
ão
gr
av
id
ad
e
h
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Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
• Capilaridade:
ℎ =
2. 𝜎. 𝑐𝑜𝑠𝛼
𝜌. 𝑔. 𝑟
σ – Tensão superficial
α – ângulo formado pela superfície do líquido 
com a parede do tubo 
ρ – massa específica do líquido
g – aceleração da gravidade 
r – raio do tubo capilar
A elevação do liquido é inversamente proporcional ao diâmetro.
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Coesão, Adesão, Tensão Superficial e 
Capilaridade
σ – Tensão superficial
α – ângulo formado pela superfície do líquido 
com a parede do tubo 
γ – peso específico do líquido 
d – diâmetro do tubo capilar
ℎ =
4. 𝜎. 𝑠𝑒𝑛α
γ. 𝑑
• Capilaridade:
A elevação do liquido é inversamente proporcional ao diâmetro.
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O fenômeno de capilaridade é utilizado pelas plantas no
transporte de seiva bruta pelo xilema, da raiz até as folhas.
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ATRITO EXTERNO
É a resistência ao deslizamento de fluidos ao longo de superfícies sólidas.
Quando um líquido escoa ao longo de uma
superfície sólida, junto a superfície existe
sempre uma camada fluida, aderente, que
não se movimenta.
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 Junto às paredes forma-se uma película
fluida que não participa do movimento.
• Escoamento de um líquido num tubo
A velocidade é máxima no centro e nula junto às paredes do tubo.
ATRITO EXTERNO
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Em consequência dos atritos o escoamento de um líquido somente se verifica com 
certa perda de energia, designada de perda de carga.
ATRITO EXTERNO
Sem Escoamento
Princípio dos vasos comunicantes 
Com Escoamento
Perda de Carga
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Determine o peso específico do fluído armazenado em um
reservatório com dimensões de 20x20x20cm.
Massa específica do fluído é 1,25 g/cm3.
Resposta: γ = 12.262,5 N/m3