A hidráulica é uma área fundamental da engenharia que estuda o comportamento e a utilização dos fluidos, especialmente a água, em sistemas mecânicos. Desde os tempos antigos, os seres humanos têm aproveitado o poder e as propriedades da água para facilitar diversas tarefas e melhorar o funcionamento de máquinas. A hidráulica está presente em uma ampla gama de aplicações, desde o fornecimento de água potável até a movimentação de máquinas pesadas.
Neste post trago os conceitos básicos da hidráulica, fornecendo uma visão geral dos princípios fundamentais e dos componentes essenciais desse campo. Ao compreender os conceitos básicos da hidráulica, podemos apreciar como essa disciplina desempenha um papel crucial em muitas aplicações práticas, desde o funcionamento de veículos e equipamentos de construção até o controle de comportas e barragens.
Alguns dos conceitos principais que pretendo abordar são:
- Tipos de fluidos
- Peso especifico e massa especifica
- Viscosidade
- Densidade
- Pressão
- Escoamento
- Energia
Por fim falamos sobre plano de energia e a equação e Bernoulli e Plano de Energia
FLUIDOS:
Para introduzir o tema Hidráulica precisamos entender que existem tipos de fluidos e que esses tipos vão se diferenciar justamente no seu comportamento diante daquilo que vamos abordar.
Podemos dizer que fluido é qualquer substância não sólida, capaz de escoar e assumir a forma do recipiente. São divididos em: Líquidos e Gases
- Fluido Ideal - Possui viscosidade nula. Não há atrito entre suas moléculas
- Fluido Incompressível - O seu volume não varia em função da pressão.
Outro conceito que precisamos entender é peso e massa especifica. Peso e massa específica são conceitos relacionados à física que descrevem as propriedades de um corpo ou substância.
| PESO ESPECÍFICO: | $$ γ = \left[\frac{G}{V}\right] $$ | Onde: γ = peso específico G = Peso V = Volume | Unidades usuais: kgf/m³ kgf/dm³ N/m³ Lbf/ft³ | ||
| MASSA ESPECÍFICA: | $$ ρ = [\frac{m}{v}] $$ | Onde: ρ = peso específico m = massa v = volume | Unidades usuais: kgf/m³ kgf/dm³ N/m³ Lbf/ft³ | ||
RELAÇÃO ENTRE PESO E MASSA ESPECÍFICA
| $$ γ = ρ \cdot g $$ | Onde: γ = peso específico ρ = massa específica g = aceleração da gravidade |
DENSIDADE
| $$ d = \frac{γ}{γ água} $$ | Onde: d = densidade γ = peso específico γ água = peso específico da água |
VISCOSIDADE
"Viscosidade é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento, isto é, ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular."
A viscosidade tem importante influência devido às perdas de pressão no escoamento dos fluídos.
LEI DE NEWTON
| $$ τ = µ \cdot \frac{dv}{dy} $$ | Onde: τ = tensão de cisalhamento dv/dy = gradiente de velocidade µ = coeficiente de proporcionalidade |
Flúidos que obedecem à essa lei, são chamados de newtonianos | |
PRESSÃO
| $$ P = \frac{F}{A} $$ | Onde: P = pressão F = Força A = Área | Unidades usuais: kgf/cm² kgf/m² PSI Pascal atm mm Hg |
LEI DE PASCAL
"uma variação da pressão aplicada a um fluido incompressível contido em um recipiente é transmitida integralmente a todas as partes do fluido e às paredes do recipiente".
TEOREMA DE STEVIN
 | $$ pA - pB = γ \cdot h$$ | Onde: pA = Pressão no ponto A pB = Pressão no ponto B γ = peso específico h = diferença de altura | ||
 | $$ pA - Patm = γ \cdot h$$ | $$ pA = Patm + γ \cdot h$$ |
CARGA DE PRESSÃO / ALTURA DA COLUNA DE LÍQUIDO
| $$ H = \frac{P}{γ} $$ | Onde: H = Carga de Pressão ou altura da coluna de líquido P = Pressão γ = peso específico | |
ESCALA DE PRESSÃO
- Pressão absoluta (Pabs)
- Pressão atmosférica (Patm)
- Pressão Manométrica (Pman)
RELAÇÃO DE PRESSÃO
- Pressão de Vapor
- m.c.a = metro de coluna de água
- m.c.a = metro de coluna de água
ESCOAMENTO
| Quando as condições do fluído (temperatura, velocidade, peso específico, pressão, etc.) são invariáveis com o tempo. | ||
| Quando as camadas do fluido são paralelas entre si e as velocidades constantes. | ||
| Quando as camadas do fluido são irregulares; velocidades elevadas. |
EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE
| Onde: V1 = Velocidade na seção 1 V2 = Velocidade na seção 2 A1 = Área na seção 1 A2 = Área na seção 2 | $$ V = \frac{Q}{A} $$ Onde: |
EQUAÇÃO DA CONTINUIDADE
Admitindo escoamento permanente:
$$ Q_1 = Q_2 $$
Logo podemos escrever:
$$ Q_1 = V_1 \cdot A_1 = Q_2 = V_2 \cdot A_2 $$
$$ Q = V \cdot A = CONSTANTE $$
ENERGIA
Principio da conservação
A energia não pode ser destruída, mas sim transformada.
Energia potencial ou de posição ou geométrica (Hgeo)
Energia de Pressão (Hpr)
$$ H_{pr} = \frac{p}{γ} $$ Onde: Hpr = Energia de Pressão p = pressão γ = peso específico | $$ H_{v} = \frac{v²}{2 g} $$ Onde: Hv = Energia Cinética v = velocidade do fluído g = aceleração da gravidade |
Teorema de Bernoulli
$$ H_{geo} \quad + \quad \frac{p}{γ} \quad + \quad \frac{v²}{2 g} = \quad CONSTANTE $$
PLANO DE ENERGIA TOTAL
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| Plano de Energia Total - Fluidos Ideais |
$$ H_{geo1} + \frac{P_1}{γ} + \frac{V²_1}{2 \cdot g }= H_{geo2} + \frac{P_2}{γ} + \frac{V²_2}{2 \cdot g } $$
Euação de Bernoulli - Fluidos Ideiais
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| Plano de Energia Total - Fluidos Reais |
$$ H_{geo1} + \frac{P_1}{γ} + \frac{V²_1}{2 \cdot g }= H_{geo2} + \frac{P_2}{γ} + \frac{V²_2}{2 \cdot g } + Δh_f $$
Equação de Bernoulli - Fluidos Reais
Referencias Bibliográficas:
Este post é uma adaptação do treinamento IMBIL sobre bombas e incorpora parte dos conceitos aprendidos durante o mesmo.
