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Seção I Hidráulica……… ……………………………………………………….…. 4

Aula 1. Conceitos e definições básicas. Equilíbrio fluido em um campo gravitacional,

leis de Pascal e Arquimedes………………….……………………………………..… 4

1.1. Conceitos básicos e definições…………………………………………………………..… 4

1.2. Equilíbrio fluido em um campo gravitacional. Equação básica da hidrostática ....... 7

1.3. Lei de Pascal. Paradoxo hidrostático…….……………………………… 10

1.4. Equilíbrio relativo de um líquido durante o movimento uniformemente acelerado de um recipiente com líquido …………………………………………………………………………………….. 11

1.5. A força da pressão do fluido na parede. Lei de Arquimedes ………………………… 12

1.6. Instrumentos para medição de parâmetros de líquidos…………………………………. 15

Aula 2. Hidrodinâmica. Conceitos e definições básicas. Equações diferenciais da hidrodinâmica. Integral de Bernoulli………………………………..… 19

2.1. Conceitos básicos de hidrodinâmica…………………………………………..…. 192.2. Equações diferenciais da hidrodinâmica……………………………………..202.3. Integral da equação de Euler (integral de Bernoulli) ………………………………… 21

2.4. O conceito de perdas hidráulicas. Equação de Bernoulli levando em consideração as perdas hidráulicas......................................... ........................................ 23

Aula 3. Perdas hidráulicas. Vazamento de líquido pelos bicos………………..26

3.1. Perdas hidráulicas em tubos de seção transversal constante ………………………… 26

3.2. Resistência hidráulica local …………………………………………… 28

3.3. Vazamento de líquido através de pequenos orifícios e bicos ………………………… 31

Aula 4. Cálculo hidráulico de dutos …………………………………………………… 35 4.1. Um pipeline simples de seção transversal constante.

Características de pressão e fluxo 36 4.2. Conexão serial de dutos. Pressão e fluxo

características …………………………………………………………………………… ……... 36

4.3. Conexão paralela de dutos. Características de fluxo de pressão com conexão paralela …………………………………………………… …… 37

4.4. Conexão de pipeline ramificada.

Característica pressão-fluxo ……………………………………………….. 40

4.5. Redes complexas. Pipeline de anel…………………………………………………………41

4.6. Tubulações com fornecimento de líquido bombeado…………………………………….44

4.7. Golpe de aríete (golpe de aríete) …………………………………………………. 47

Seção II Máquinas Hidráulicas……………………………………………………. 50

Aula 5. Bombas centrífugas……………………………………………………….. 51

5.1. Parâmetros básicos de uma bomba centrífuga……………………………………………………... 51

5.2. Projeto e princípio de operação de uma bomba centrífuga …………………………… 53

5.3. Determinação da altura máxima de sucção permitida de uma bomba centrífuga………………………………………………………………………………... 54

5.4. Equação básica de uma bomba centrífuga ……………………………………… 56

5.5. Características de uma bomba centrífuga………………………………………………………56

Aula 6. Cálculos operacionais de bombas de palhetas……………………………58

6.1. Elementos da teoria da similaridade em bombas de palhetas……………………………………. 58

6.2. Convertendo as características das bombas de palhetas para uma velocidade de rotação diferente………. 59

6.3. Fator de velocidade das bombas de palhetas ……………………………… 61

6.4. Operação da bomba na rede. Ajustando o modo de operação da bomba ……………………… .. 62

6.5. Gráfico resumido de bombas centrífugas…………………………………………. 65

6.6. Operação sequencial e paralela de bombas em uma tubulação comum………. 66

Aula 7. Bombas de deslocamento positivo. Bombas de pistão ………………………………………………… .. 67

7.1. Princípio de funcionamento e principais parâmetros de máquinas volumétricas………………………... 67

7.2. O princípio de funcionamento das bombas de pistão e sua classificação ………………………… 69

7.3. Análise da operação da bomba de pistão ………………………………………………... 72

7.4. Diagrama indicador de uma bomba de pistão ………………………………………………………. 77

7.5. Áreas de aplicação para vários tipos de bombas………………………………….. 79

Aula 8. Acionamento hidráulico e equipamento hidráulico……………………………………………………..…….. 80

8.1. informações gerais sobre acionamento hidráulico. Conceitos básicos ………………………… 80

8.2. Diagramas esquemáticos de acionamentos hidráulicos……………………………………………….. 84 8.3.Motores hidráulicos de deslocamento…………………………………………………… … .. 88 8.4.Equipamento hidráulico………………………………………………………………………………….. 94 8.5.Acionamento hidráulico seguinte (reforço hidráulico )………………………………………….. 105

Bibliografia………………………………………………………………. 110

Seção I Hidráulica

Aula 1. Conceitos e definições básicas. Equilíbrio fluido em um campo gravitacional. Leis de Pascal e Arquimedes

Esboço da palestra:

1. Conceitos e definições básicas. Básico propriedades físicas líquidos.

2. Equilíbrio fluido em um campo gravitacional. Equação de Euler. Equação básica da hidrostática.

4. Equilíbrio relativo de um líquido durante o movimento uniformemente acelerado de um recipiente com líquido.

5. A força da pressão do fluido na parede. Lei de Arquimedes

6. Instrumentos para medição de parâmetros de líquidos.

1.1. Conceitos e definições básicas

Tema e método em hidráulica. O conceito de líquido e suas propriedades.

O tema do estudo da hidráulica são as leis de equilíbrio e movimento dos fluidos, bem como as questões de interação de forças entre fluidos e sólidos. A este respeito, o conceito chave nesta disciplina é o conceito

líquidos.

Sob o líquido entender hidráulica meio incompressível deformável contínuo,

tendo a propriedade de fluidez ou de outra forma fácil mobilidade.

Desta definição segue-se que o líquido deve ter as seguintes propriedades básicas:

Continuidade. Isso significa que as características do fluido estão continuamente distribuídas no espaço.

Compressibilidade. Compressibilidade é entendida como a propriedade de alterar sua densidade sob a influência de forças externas (pressão, temperatura). Na hidráulica, o fluido é considerado incompressível, exceto em diversas aplicações especiais.

Fluidez. Esta é a propriedade de um meio contínuo de mudar sua forma e disposição relativa das partes sob a influência de forças externas desequilibradas e assumir a forma dos limites do espaço em que está localizado.

Uma consequência da propriedade de fluidez é a ocorrência de atrito interno (tensões tangenciais e normais) entre as camadas do líquido durante seu movimento.

Em muitos problemas, as tensões internas que atuam sobre um fluido em movimento são desprezadas. Esse fluido é denominado ideal ou não viscoso. Em contraste com o ideal, é introduzido o conceito de fluido viscoso. Neste caso, as tensões internas são levadas em consideração.

Para distinguir em que estado de agregação se encontra o líquido, é introduzido o conceito

gotejamento de líquido, como a água, ou um gás incompressível, como o ar.

O método usado em hidráulica é fenomenológico personagem. Isso significa que a hidráulica abstrai a estrutura molecular da substância que compõe o meio. Propriedades físicas de um líquido relacionadas às suas características estrutura interna, são dados antecipadamente.

Todos os métodos hidráulicos, dependendo das tarefas atribuídas, podem ser divididos em três categorias:

1. Uma abordagem puramente teórica, onde a formulação e a solução são realizadas com base nos mais leis gerais natureza (a lei da conservação da massa, momento e energia), descrita pelas equações diferenciais correspondentes.

2. Uma abordagem semi-empírica; para uma descrição matemática completa do problema, são necessárias relações adicionais obtidas a partir da experiência.

3. Métodos empíricos, quando as expressões calculadas são encontradas a partir de experimentos.

EM Na maioria dos casos, a terceira abordagem é usada. Nesse sentido, a hidráulica, diferentemente da mecânica dos fluidos, é uma disciplina da engenharia. E desde problemas de engenharia, via de regra, são bastante complexos para solução teórica, então os métodos empíricos são frequentemente os únicos.

Propriedades físicas básicas do líquido.

Para soluções problemas práticos As seguintes características físicas de líquidos são normalmente utilizadas:

1. Densidade, que é definida como a massa contida em uma unidade de volume.

e o valor recíproco é o volume específico.

2. Gravidade específica

3. Compressibilidade, que é caracterizadataxa de compressão volumétrica ou módulo de volume E. Representa a mudança no volume relativo com uma mudança na pressão

4. A expansão térmica, caracterizada porcoeficiente de expansão volumétrica

Este coeficiente é utilizado no cálculo do movimento de gases quentes.

5. Tensão superficial. Caracterizado porcoeficiente de tensão superficial.

Considerado nas tarefas de filtragem.

6. A viscosidade é a propriedade de um líquido de resistir ao cisalhamento de suas camadas, o que leva ao aparecimento de forças de atrito (tensões tangenciais) entre as camadas do líquido à medida que ele se move.

De acordo com a hipótese de Newton, a força de atrito interno é proporcional ao gradiente de velocidade normal à área de deslizamento de uma camada em relação a outra camada. A Figura 1 mostra o perfil de velocidade para escoamento de fluido ao longo de uma parede com cisalhamento de velocidade transversal associado à presença de viscosidade.

Arroz. 1. Perfil de velocidade para um fluido viscoso fluindo ao longo de uma parede

EM De acordo com a lei de Newton, a força de atrito é encontrada como

A tensão de cisalhamento

O coeficiente proporcional é chamado coeficiente de viscosidade dinâmica. Sua dimensão ou.

Junto com o coeficiente de viscosidade dinâmica, o coeficiente de viscosidade cinemática é usado

No sistema CGS, a dimensão do coeficiente de viscosidade cinemática [cm2/s] é chamada de stokes, e um valor cem vezes menor é chamado de centistokes.

Forças que atuam em um fluido.

Como um líquido é um meio continuamente distribuído no espaço devido à sua continuidade, as forças que atuam no líquido também são continuamente

distribuídos na região do espaço em consideração. Ou seja, em vez de forças concentradas, como na mecânica clássica, um campo de forças atua sobre o fluido.

Existem dois grupos de forças: a) volumétrico (massa) eb) superficial.

As forças volumétricas atuam em todo o isolado meio líquido volume elementar infinitesimal. Estes incluem gravidade, forças inerciais e forças eletromagnéticas para um meio eletricamente condutor.

As forças superficiais atuam na superfície que limita o volume elementar.

As forças de superfície incluem forças de pressão normais anormal e tensão de cisalhamento.

Pressão ou pressão hidrostática é um escalar numericamente igual à força que atua perpendicularmente a uma área selecionada por unidade de área

e coincide com a pressão termodinâmica. Atrás valor positivo tome uma força de pressão direcionada para a normal interna, ou seja, comprimindo o volume do líquido. A magnitude da pressão não depende da orientação da área sobre a qual atua.

As tensões internas (normais e tangenciais) surgem apenas quando o fluido se move. As tensões normais atuam em uma área orientada perpendicularmente ao fluxo do fluido. Geralmente são muito menores que as forças de pressão e, via de regra, são negligenciadas. Tensão de cisalhamento ou tensão de fricção operam ao longo de plataformas orientadas ao longo do fluxo.

1.2.Equilíbrio do líquido no campo gravitacional. Equação básica da hidrostática

Um líquido pode estar em repouso ou mover-se sob a influência de forças externas. No primeiro caso estamos falando sobre sobre hidrostática, e no segundo - sobre hidrodinâmica.

A hidrostática é um ramo da hidromecânica que estuda as leis de equilíbrio de um fluido em repouso.

Na forma diferencial, a equação hidrostática é derivada da equação do momento (2ª lei de Newton) para um meio estacionário. De acordo com esta lei, em um fluido em repouso, a soma das forças que atuam sobre qualquer volume elementar do meio é igual a zero. Na forma vetorial, a equação diferencial da hidrostática tem a forma:

Aqui está a densidade do meio, é a pressão e é o vetor das forças de massa.

Este é o chamado Equação de Euler. Como o líquido está imóvel, as únicas forças superficiais que permanecem são a pressão hidrostática, que é equilibrada pela força de massa.

Vamos encontrar a equação hidrostática na forma integral para um fluido em repouso no campo das forças gravitacionais de massa. Organizaremos o sistema de coordenadas conforme mostrado na Fig. A origem é compatível com a superfície livre. A superfície livre é a interface entre as fases, cuja pressão é constante.

Figura 2. Para derivar a equação da hidrostática no campo da gravidade

A força de massa aqui é a força da gravidade, que atua na direção do eixo z, ou seja,. Então as equações de Euler, escritas no sistema de coordenadas cartesianas, assumem a forma

Integrando essas equações, obtemos p=const no plano xy. Ao longo de z, a pressão muda linearmente

onde z é a coordenada vertical.

Assim, a pressão em um ponto arbitrário M, localizado a uma distância h da superfície livre, é encontrada como

A equação resultante é chamada equação básica da hidrostática. A pressão calculada a partir desta equação é chamada pressão absoluta. Se a pressão acima da superfície livre for atmosférica, então

A pressão que excede a pressão atmosférica é chamada manômetro ou pressão manométrica, aquilo é,

Utilizando a equação básica da hidrostática, é possível construir um diagrama de pressões em um volume líquido (Fig. 2). Superfícies de igual pressão são chamadas nível da superfície(Figura 2). Para um determinado problema, as superfícies niveladas têm planos horizontais

Significado geométrico e energético da equação hidrostática.

Consideremos um líquido homogêneo em volume fechado, conforme mostrado na Fig. Vamos encontrar a pressão absoluta em dois pontos arbitrários A e B, localizados em relação ao plano de controle 0-0 a uma distância zA e zB. Nós temos

De onde o encontramos?

Ou seja, para qualquer ponto do volume do líquido, a soma dos termos permanece constante. A quantidade pode ser interpretada como energia potencial de pressão.

Tem a dimensão do comprimento e é chamado altura piezométrica(pressão). O termo z pode ser interpretado como energia potencial de posição ou altura geométrica.

Assim, segue-se da equação básica da hidrostática que em um fluido em repouso sob a influência da gravidade, a soma da energia potencial de pressão e posição permanece inalterada. Ou, em outras palavras, a soma das alturas piezométricas e geométricas é constante e igual à carga hidrostática.

1.3. Lei de Pascal. Paradoxo hidrostático.

Vamos alterar a pressão na superfície livre pelo valor. Então a pressão em qualquer ponto é determinada como

Ou seja, um aumento na pressão na superfície livre em uma quantidade leva a um aumento na pressão em qualquer ponto de um volume fechado na mesma quantidade.

A última expressão é uma interpretação matemática da lei de Pascal: “A mudança na pressão na superfície livre de um fluido em repouso é transmitida igualmente a qualquer ponto de um volume fechado.”

Considere três embarcações com a mesma área de fundo, mas forma diferente paredes laterais (Fig. 3)

Figura 3. Sobre a questão do paradoxo hidrostático

Se as colunas de líquido forem iguais, descobrimos que a força de pressão no fundo de todos os três recipientes é a mesma, apesar dos pesos diferentes contidos nos recipientes de líquido.

Segue-se que a força com que o líquido pressiona o fundo do recipiente depende apenas da área do fundo e da altura da coluna de líquido e não depende do formato das paredes laterais. EM

Este é o paradoxo hidrostático: o peso do líquido não tem efeito sobre a força de pressão no fundo do recipiente.

Em dois vasos comunicantes existem cilindros com diâmetros diferentes S1 e S2. Uma força de pressão aplicada ao cilindro esquerdo aumentará a pressão no vaso em

Então a força de pressão no pistão 2 é encontrada como

Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

Agência Federal de Educação

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PENZA

M.Ya. Cordão, V.I. Simakin, I.D. Goreshnik

HIDRÁULICA

Tutorial

Introdução

O livro didático foi elaborado com base em muitos anos de experiência no ensino do curso de Hidráulica.

Na apresentação do material são levados em consideração os seguintes pré-requisitos: ligação lógica com outras disciplinas da especialidade 330200; a natureza fundamental da apresentação das questões teóricas; orientação prática das questões em consideração; utilização de aparatos matemáticos em volume não superior à acessibilidade de percepção do material teórico.

O material de treinamento foi preparado de acordo com programa de trabalho e abrange as seguintes seções: propriedades físicas básicas dos líquidos; noções básicas de hidrostática; fundamentos de cinemática e dinâmica de fluidos; golpe de aríete em tubulações; fundamentos da teoria da similaridade, modelagem e análise dimensional; noções básicas de movimento de águas subterrâneas e fluxos bifásicos.

Cada seção contém exemplos aplicação prática fórmulas de cálculo e dependências na forma de exemplos de problemas e diversas soluções de engenharia.

Uma lista também é fornecida perguntas do teste Para auto estudo material.

O curso de Hidráulica é uma das disciplinas fundamentais na formação de engenheiros que atuam na área de proteção ambiental.

O material teórico é acompanhado de ilustrações na forma de desenhos, gráficos, diagramas de blocos e tabelas na medida em que requer uma explicação da relação qualitativa ou quantitativa dos parâmetros processos tecnológicos ou fenômenos físicos.

Parte I. Hidráulica

1 PROPRIEDADES FÍSICAS BÁSICAS DE LÍQUIDOS

1.1. Modelo contínuo

Um líquido é um meio contínuo que tem a capacidade de mudar facilmente de forma sob a influência de forças externas.

O conceito de “líquido” é definido dependendo da finalidade de tal definição.

EM Na física, o líquido é interpretado como um corpo físico com propriedade de fluidez.

A fluidez das partículas líquidas se deve à sua incapacidade de perceber tensões de cisalhamento em repouso.

Com base nas suas propriedades mecânicas, os líquidos são divididos em duas classes: 1. Baixa compressibilidade (gotas).

2. Compressível (gasoso).

EM Na mecânica dos líquidos e dos gases, as leis válidas para gotículas de líquidos também se aplicam aos gases, quando a compressibilidade do gás pode ser desprezada.

Por conveniência, são introduzidos os termos “gotícula líquida” (pouco compressível), “líquido compressível” (gás) e “líquido” (abrangendo tanto gota líquida quanto gás).

Assim, na mecânica dos fluidos e dos gases, líquido significa qualquer meio que possua fluidez.

Ao estudar as leis do equilíbrio e do movimento dos fluidos na mecânica aplicada de líquidos e gases, o movimento das moléculas não é estudado e o fluido é considerado como um meio contínuo capaz de se deformar sob a influência de forças externas.

O líquido, como qualquer corpo físico, possui uma estrutura molecular.

A distância entre as moléculas é muitas vezes maior que o tamanho das próprias moléculas e corresponde de 10-7 a 10-8 cm, e o caminho livre das moléculas de gás em pressão atmosférica igual a 10-5 cm.

Portanto, líquidos e gases são percebidos como meios contínuos, possuindo uma estrutura descontínua.

Esta circunstância permite-nos introduzir a hipótese da continuidade, ou seja, aplicar um modelo que tenha a propriedade da continuidade. A hipótese de continuidade ou continuidade do meio simplifica o estudo, pois permite considerar as características mecânicas do meio líquido (velocidade, densidade, pressão, etc.) em função das coordenadas de um ponto no espaço e no tempo.

De acordo com a hipótese de continuidade, a massa do meio está distribuída de forma contínua e geralmente desigual no volume.

1.2. Densidade líquida

A principal característica dinâmica do meio é a densidade de distribuição de massa sobre o volume ou simplesmente a densidade do meio, que em um ponto arbitrário A é determinada pela relação:

Dimensão de densidade

[ρ ]=M L 3 ,

onde M é a dimensão da massa; L é a dimensão do comprimento.

As unidades de densidade são kg/m3 no sistema SI e kgf c2/m4 no sistema técnico.

Junto com a densidade, a gravidade específica é usada em cálculos técnicos.

O peso do líquido G por unidade de volume W é chamado de gravidade específica:

Dimensão da gravidade específica [γ] = L M 2 T 2.

A unidade de medida da gravidade específica no sistema SI é N/m3.

A gravidade específica é uma grandeza vetorial. Não é um parâmetro da substância; seu valor depende da aceleração da gravidade no ponto de definição.

A gravidade específica e a densidade de um líquido estão relacionadas pela seguinte relação:

onde g é a aceleração da queda livre, geralmente considerada igual a

9,81m/s2.

Junto com a gravidade específica, a gravidade específica relativa δ é usada nos cálculos:

Assim, para água doce a uma temperatura de 4 ° C δ B = 1. A densidade e a gravidade específica dos líquidos dependem da pressão e da temperatura.

1.3. Compressibilidade da gota líquida

Sob a influência da pressão, a compressibilidade de um líquido é caracterizada pelo coeficiente de compressão volumétrica β V, Pa 1, que é

mudança relativa no volume de fluido por unidade de mudança na pressão:

onde W é o volume inicial de líquido;

dW é a mudança neste volume quando a pressão muda em dp.

O sinal negativo na fórmula (1.5) se deve ao fato de que um aumento positivo na pressão p corresponde a um aumento negativo no volume

O recíproco da taxa de compressão volumétrica é chamado de módulo de elasticidade do líquido E eu , Pa:

A densidade da gota líquida muda pouco com as mudanças na pressão. Isso decorre da dependência

Em muitos casos de cálculos de engenharia, a compressibilidade da água pode ser desprezada, considerando que sua gravidade específica e densidade são independentes da pressão.

1.4. Expansão térmica de líquidos em queda

Expansão de temperatura gotículas de líquidos são caracterizadas pelo coeficiente de expansão térmica β t, ° C-1:

onde dW é a mudança neste volume com o aumento da temperatura em dt.

Em temperaturas de 10 a 20°C e pressão de 105 Pa, pode-se assumir aproximadamente β t = 1,4 10− 4°C-1.

ρ = W M e fórmulas (1.8), obtemos

onde t 0 é a temperatura do líquido em condições normais.

A dependência da densidade com a temperatura é amplamente utilizada para criar circulação natural em Sistemas de aquecimento, para remover produtos de combustão, etc.

1.5. Viscosidade líquida

A viscosidade é a tendência dos líquidos ao cisalhamento. Se uma força F for aplicada à placa (Fig. 1.1), então, após um certo intervalo de tempo, um movimento uniforme será estabelecido a uma certa velocidade U 0 .

μ τ

Durante a aceleração, surgiu uma força viscosa F μ = –F. Além disso, devido às ligações intermoleculares, a camada de líquido adjacente à placa se move junto com a placa a uma velocidade de U 0 . Suponhamos que a distribuição das velocidades ao longo da altura seja linear: U = f (z), então

gradiente de velocidade e direção de força F μ .

Entre camadas de líquido movendo-se em velocidades que diferem entre si por uma quantidade dU, surge uma tensão de cisalhamento

Dimensão μ [μ ] =LT M .

Unidade de medida [μ] = dU [τ] = H m 2 s = Pa s.

A relação entre viscosidade dinâmica e densidade é chamada de viscosidade cinemática do líquido:

Dimensão [ν] = L T 2.

A relação entre a viscosidade cinemática e dinâmica com a densidade e temperatura da água é encontrada nas expressões (1.9) e (1.11):

Assim, para água doce pura, a dependência da viscosidade dinâmica com a temperatura é determinada pela fórmula de Poiseuille:

Resolvendo as equações (1.12) e (1.13) juntas, obtemos:

Na prática, a viscosidade dos líquidos é determinada por viscosímetros, dos quais o viscosímetro Engler é o mais utilizado.

Para passar das condições de viscosidade em graus Engler para a viscosidade cinemática em m2/s, são utilizadas várias fórmulas empíricas, por exemplo a fórmula de Ubellode:

onde ν é a viscosidade cinemática do líquido, cm2/s.

Além dos líquidos comuns (newtonianos), caracterizados pela dependência (1.10), existem líquidos anômalos, aos quais

1.6. Volatilidade líquida

Um indicador de volatilidade é o seu ponto de ebulição à pressão atmosférica normal.

Quanto maior o ponto de ebulição, menor a volatilidade.

Uma característica mais completa da evaporação é a pressão (elasticidade) do vapor saturado pn, expressa em função da temperatura.

Quanto maior for a pressão de vapor saturado a uma determinada temperatura, maior será a evaporação do líquido.

Para líquidos multicomponentes (por exemplo, gasolina, etc.), a pressão do pH depende não apenas das propriedades físico-químicas e da temperatura, mas também da proporção dos volumes das fases líquida e vapor.

A pressão de vapor saturado aumenta com o aumento da porção do volume da fase líquida.

Os valores de pressão de vapor para tais líquidos são dados para uma proporção de fases vapor-líquida igual a 1:4.

1.7. Solubilidade de gases em líquidos

Para diferentes líquidos, a solubilidade dos gases é diferente e muda com o aumento da pressão.

O volume relativo de gás dissolvido em um líquido até que esteja completamente saturado pode ser considerado diretamente proporcional à pressão:

onde W g é o volume de gás dissolvido em condições normais; W l é o volume de líquido;

p 1 ir 2 – pressões inicial e final do gás;k – coeficiente de solubilidade.

O coeficiente de solubilidade no ar k tem os seguintes valores em

t=20°C:

– para água k = 0,016;

– para querosene k = 0,127;

– para óleo de transformador k = 0,083;

– para óleo industrial k = 0,076.

Quando a pressão em um líquido diminui, o gás dissolvido nele é liberado e o gás é liberado do líquido com mais intensidade do que se dissolve nele.

Exemplo 1. Ao testar hidraulicamente uma tubulação com diâmetro

2. Vamos encontrar a mudança na pressão durante o teste:

p = p 1 − p 2 = 3 − 2 = 1 MPa.

3. Tomando o coeficiente de compressão volumétrica da água β V = 5 10-7

Nós achamos

a quantidade de água que flui pelos vazamentos, de acordo com a fórmula

W = −β W p = 5 10− 10 7. 85 1 106

3,925 10− 3 m 3 ≈ 3,93 l.

Exemplo 2. Quantos metros cúbicos de água sairão da caldeira se 50 m3 de água a uma temperatura de 70° C entraram na caldeira de aquecimento dentro de uma hora e depois a temperatura da água aumentou para 90° C.

Q = β t Q n t = 0,00064 50 20= 0,64 m3/h. 2. Fluxo de água da caldeira em t = 90° C:

Q k = Q n − Q = 50+ 0, 64 = 50, 64 m3/h.

Perguntas de controle

1. Liste as propriedades físicas básicas dos líquidos.

2. O que se entende por fluido na mecânica dos fluidos e gases?

3. O que se entende por continuidade do meio?

4. Qual é a relação entre densidade e gravidade específica dos líquidos?

5. Quais são as dimensões de densidade e gravidade específica?

6. Em quais unidades a densidade e a gravidade específica são medidas em um sistema?

7. O que é gravidade específica relativa?

8. Qual é a taxa de compressão volumétrica de um líquido? Qual é a sua dimensão?

Prefácio
Seção I. HIDRÁULICA
Capítulo 1. Líquido e suas propriedades físicas básicas
§ 1.1. Definição de líquido. Sua densidade, gravidade específica e relativa
§ 1.2. Compressibilidade de líquidos
§ 1.3. Expansão térmica de líquidos
§ 1.4. Viscosidade
§ 1.5. Vaporização
§ 1.6. Solubilidade de gases em gotas de líquidos e formação de espuma
§ 1.7. Tensão superficial e capilaridade
Capítulo 2. Hidrostática
§ 2.1. Pressão hidrostática
§ 2.2. A força da pressão do fluido em figuras planas
§ 2.3. A força da pressão do fluido em figuras retangulares e paredes retangulares. Diagramas de pressão
§ 2.4. Força de pressão de fluido em superfícies curvas
§ 2.5. Equilíbrio líquido em vasos em movimento
§ 2.6. Natação tel. Estabilidade
Capítulo 3. Informações básicas sobre o movimento de líquidos
§ 3.1. Principais tipos de movimento fluido
§ 3.2. Seção transversal de fluxo vivo. Consumo e velocidade média
§ 3.3. Equação de Bernoulli
§ 3.4. Modos de movimento fluido
§ 3.5. Distribuição de velocidade sobre a seção transversal viva do fluxo durante o movimento laminar do fluido
§ 3.6. Distribuição de velocidade sobre a seção transversal viva do fluxo durante o movimento turbulento de fluido em tubos
§ 3.7. Distribuição de velocidade em fluxos turbulentos abertos
Capítulo 4. Resistência hidráulica
§ 4.1. Dependências básicas para determinar a perda de carga por atrito ao longo do comprimento
§ 4.2. Fórmulas para determinar o coeficiente de Daren em várias zonas de resistência
§ 4.3. Fórmulas para determinar o coeficiente de Chezy na zona de resistência quadrática
§ 4.4. Resistência hidráulica local
§ 4.5. Cálculo das perdas de pressão locais ao longo do comprimento equivalente da tubulação
Capítulo 5. Fluxo de líquido através de orifícios e bicos a pressão constante
§ 5.1. Fluir através de pequenos orifícios em uma parede fina
§ 5.2. Fluir através de grandes buracos
§ 5.3. Saída através de bicos
Capítulo 6. Jatos hidráulicos. Impacto do jato em obstáculos sólidos
§ 6.1. Jatos hidráulicos
§ 6.2. Impacto do jato em obstáculos sólidos
Capítulo 7. Cálculo hidráulico de tubulações de pressão
§ 7.1. Disposições gerais. Dependências básicas de cálculo
§ 7.2. Cálculo de pipelines simples
§ 7.3. Conexão de tubulação. Pipeline ramificado
§ 7.4. Pipeline complexo com distribuição de líquido em seções finitas
§ 7.5. Pipeline com distribuição contínua de líquido. Pipelines de anel complexos
§ 7.6. Tubulação com alimentação de bomba (instalação de bomba)
Capítulo 8. Movimento fluido instável
§ 8.1. Movimento de pressão instável de um fluido incompressível em tubos rígidos
§ 8.2. Fluxo de fluido sob pressão variável
§ 8.3. Golpe de aríete em tubulações
Capítulo 9. Movimento uniforme de fluido em canais abertos e tubos de fluxo livre
§ 9.1. Disposições gerais. Fórmulas de cálculo
§ 9.2. Características geométricas da seção transversal viva de canais
§ 9.3. Hidraulicamente a seção transversal do canal mais vantajosa
§ 9.4. Velocidades permitidas de movimento da água nos canais
§ 9.5. Tipos de problemas para cálculos de canais
§ 9.6. Cálculo de tubos de fluxo livre
Capítulo 10. Medidores de vazão
§ 10.1. informações gerais
§ 10.2. Determinação de vazões por velocidades locais usando tubos hidrodinâmicos
§ 10.3. Medidores de vazão em tubulações de pressão
§ 10.4. Medidores de vazão em canais abertos
Capítulo 11. Similaridade hidrodinâmica
§ 11.1. Semelhança de fenômenos hidráulicos
§ 11.2. Critérios de similaridade
§ 11.3. Algumas notas sobre modelagem de fenômenos hidráulicos
Seção II. MÁQUINAS HIDRÁULICAS (BOMBAS)
Capítulo 12. Informações gerais sobre bombas
§ 12.1. Classificação da bomba
§ 12.2. Principais indicadores técnicos de bombas
§ 12.3. Características das bombas e unidades de bombeamento
Capítulo 13. Bombas de palhetas
§ 13.1. Projeto e classificação de bombas centrífugas
§ 13.2. Movimento de fluido no impulsor de uma bomba centrífuga. Formato da lâmina do impulsor
§ 13.3 Fluxo de fluido através dos canais do impulsor. Entrega da bomba
§ 13.4. Equação básica de uma bomba centrífuga
§ 13.5. K.n.d. bombas centrífugas
§ 13.6. Semelhante às bombas de palhetas. Dependência dos principais parâmetros da bomba da velocidade de rotação do impulsor
§ 13.7. Fator de velocidade. Tipos de impulsores de bomba de palhetas
§ 13.8. Cálculo de cavitação de bombas de palhetas
§ 13.9. Carga axial na roda
§ 13.10. Marcação de bombas de palhetas
§ 13.11. Bombas centrífugas produzidas pela indústria nacional
§ 13.12. Características das bombas centrífugas
§ 13.13. Determinação do modo de operação da unidade de bombeamento e sua regulação
§ 13.14. Seleção de bomba
§ 13.15. Bombas trabalhando juntas
§ 13.16. Bombas axiais
Capítulo 14. Bombas de pistão
§ 14.1. Classificação, dispositivo, principais indicadores técnicos
§ 14.2. Natureza e cronogramas de submissão
§ 14.3. Pressão no cilindro da bomba. Elevador de sucção. Capuzes de ar
§ 14.4. Gráficos indicadores
§ 14.5. Potência e eficiência bombas de pistão
§ 14.6. Marcação de bombas de pistão
§ 14.7. Bombas de pistão produzidas pela indústria nacional
§ 14.8. Características das bombas de pistão
§ 14.9. Modo de operação da unidade de bombeamento. Bombas trabalhando juntas
§ 14.10. Bombas de pistão de came (êmbolo)
§ 14.11. Bombas de diafragma
§ 14.12. Bombas de palhetas
Capítulo 15. Bombas Rotativas
§ 15.1. Classificação. Propriedades gerais
§ 15.2. Bombas de engrenagem
§ 15.3. Bombas de parafuso
§ 15.4. Bombas de palhetas
§ 15.5. Bombas de pistão rotativo radial
§ 15.6. Bombas de pistão rotativo axial
Capítulo 16. Bombas de vórtice, jato e anel líquido. Aríetes Hidráulicos
§ 16.1. Bombas de vórtice
§ 16.2. Bombas a jato
§ 16.3. Bombas de anel líquido
§ 16.4. Aríetes Hidráulicos
Seção III. ACIONAMENTOS HIDRÁULICOS E TRANSMISSÕES HIDRÁULICAS
Capítulo 17. Acionamentos hidráulicos volumétricos
§ 17.1. Conceitos gerais e definições
§ 17.2. Fluidos de trabalho de acionamentos hidráulicos volumétricos
Capítulo 18. Elementos de um acionamento hidráulico volumétrico
§ 18.1. Motores hidráulicos volumétricos
§ 18.2. Equipamento hidráulico
§ 18.3. Acumuladores hidráulicos e conversores hidráulicos
§ 18.4. Condicionadores de fluidos de trabalho
§ 18.5. Linhas hidráulicas
§ 18.6. Símbolos de elementos de acionamento hidráulico volumétrico
Capítulo 19. Métodos para regular um acionamento hidráulico volumétrico
§ 19.1. Acionamento hidráulico com controle de aceleração
§ 19.2. Acionamento hidráulico com controle de volume
§ 19.3. Acionamento hidráulico do seguidor
Capítulo 20. Transmissões hidrodinâmicas
§ 20.1. Introdução
§ 20.2. Processo de trabalho e características do acoplamento fluido
§ 20.3. Processo de trabalho e características do conversor de torque
§ 20.4. Modelagem de transmissões hidrodinâmicas e recálculo de suas características
§ 20.5. Colaboração de acoplamentos fluidos com motores e consumidores de energia. Principais tipos de acoplamentos fluidos
§ 20.6. Colaboração de conversores de torque com motores e consumidores de energia. Principais tipos de conversores de torque
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Literatura
Índice de assunto

Para estudantes de engenharia e especialidades técnicas de universidades.

O livro didático é compilado de acordo com programas de treinamento, uniforme para diferentes

Engenharia e especialidades técnicas.

Editora: Vyshcha shk. Editora principal 1989

O livro examina as propriedades físicas e mecânicas dos fluidos, hidrostática e os fundamentos da cinemática e hidrodinâmica dos fluidos. Os princípios básicos da modelagem são fornecidos. É dada atenção à resistência hidráulica e ao fluxo de fluido dos furos e através de tubos curtos. São descritos o movimento de pressão do líquido em tubulações e o movimento uniforme da água em canais abertos. Cálculos de pipeline são fornecidos. Perguntas de autoteste são fornecidas no final de cada seção.

O livro é complementado com dados de referência necessários para a realização de cálculos e trabalhos gráficos.

Capítulo 1: Introdução à Hidráulica

O tema da hidráulica e suas tarefas

Fundamentos metodológicos da hidráulica e sua conexão com outras disciplinas

Breve esboço histórico do desenvolvimento da hidráulica

Capítulo 2. Propriedades físicas e mecânicas de líquidos

Líquidos e suas diferenças em relação a sólidos e gases

Densidade e gravidade específica de líquidos

Compressibilidade e elasticidade de líquidos

Viscosidade de líquidos. O conceito de líquido real e ideal

Tensão superficial. Molhabilidade. Capilaridade

Dissolução de gases em líquidos. Evaporação e ebulição de líquidos. Cavitação

Outras propriedades físicas e mecânicas e estados de líquidos

Propriedades especiais da água. Líquidos anormais

Capítulo 3. Hidrostática

Hidrostática e suas aplicações. Forças que atuam sobre um fluido em repouso

Pressão hidrostática e suas propriedades

Equação diferencial básica para o equilíbrio de um corpo líquido. Superfícies de pressão igual

Equilíbrio fluido sob a influência da gravidade. Pressão em um ponto de um fluido em repouso

Equação básica da hidrostática e sua interpretação

Maneiras de expressar pressão. Altura piezométrica. Cabeça potencial

A força da pressão hidrostática em superfícies planas. Diagramas de tensão normal

Centro de pressão e determinação de sua localização

Força de pressão hidrostática em superfícies cilíndricas curvas

As máquinas hidráulicas mais simples

Equilíbrio relativo de líquidos

Lei de Arquimedes. Corpos flutuantes

Capítulo 4. Fundamentos de cinemática e dinâmica de fluidos

Tipos e formas básicas de movimento fluido

Métodos para estudar o movimento de fluidos

Fluxo de fluido e seus elementos

Equações diferenciais de movimento de um fluido invíscido (equações eulerianas)

Equação de continuidade fluida

Características do movimento potencial do fluido

Exemplos de movimentos fluidos potenciais planares

Equação de D. Bernoulli para um fluxo elementar de movimento estacionário

Lema sobre a distribuição da pressão hidrodinâmica em movimentos suavemente variáveis

Lema sobre três integrais (de acordo com N. N. Pavlovsky)

D. Equação de Bernoulli para fluxo de fluido

Exemplos de aplicação prática da equação de D. Bernoulli

Equação de momento para fluxo constante

Capítulo 5. Resistência hidráulica

Características da resistência hidráulica

Dois modos de movimento fluido

Distribuição de tensões tangenciais durante movimento uniforme

Equações de movimento de um fluido viscoso (equações de Navier-Stokes)

Características do movimento laminar do fluido

Características do regime turbulento de movimento de fluidos

Determinação da perda de pressão ao longo do comprimento durante movimento turbulento

Determinação das perdas de pressão locais durante o movimento do fluido

Capítulo 6. Fluxo de líquidos de furos, através de bicos e tubos

Classificação de furos e saídas

Fluxo de líquidos de pequenos orifícios a pressão constante

Classificação de tubos e bicos. Vazamento de líquido através de bicos e tubos muito curtos quando

Pressão constante

Fluxo de líquido de grandes orifícios a um nível constante de líquido no tanque

Determinação experimental de coeficientes que caracterizam vazão de furos e bicos

Fluxo de fluido sob pressão variável

Jatos hidráulicos gratuitos

Capítulo 7. Movimento uniforme de água em canais abertos

Tipos de canais abertos. Condições para a existência de movimento uniforme

Equações básicas de movimento uniforme

Determinação da velocidade média da seção transversal e vazão para movimento uniforme

Velocidades transversais médias não erosivas e sem assoreamento admissíveis

Determinação da profundidade normal do fluxo Elementos hidráulicos da seção de fluxo vivo

Selecionando a velocidade do projeto. Hidraulicamente a seção de canal mais favorável

Cálculo de canais de seção trapezoidal

Cálculo de elementos geométricos de canais de seção fechada com movimento livre

Tipos de problemas para cálculo de canais abertos de seção trapezoidal com uniforme

Movimento

Capítulo 8. Movimento de pressão de líquido em tubulações

Cálculo hidráulico de dutos curtos e sifões

Cálculo hidráulico de tubulações longas e simples

Cálculo hidráulico de tubulações longas e complexas

Noções básicas de cálculo de redes de distribuição de água

Movimento instável de água em tubulações de pressão

Golpe de aríete em tubulações

Aríete hidráulico

Capítulo 9. Vertedouros

Classificação de açudes

Açudes de paredes finas

Vertedouros práticos

Vertedouros com soleira ampla

Capítulo 10: Noções básicas de modelagem hidráulica

Conceitos básicos sobre a similaridade de processos hidráulicos

Critérios de similaridade hidrodinâmica e regras básicas de modelagem

Método de Análise Dimensional (Teorema Pi)

Simulação de fluxos em conduítes de pressão

Modelagem de escoamentos em canais abertos e estruturas hidráulicas

Erros de valores medidos

Noções básicas de planejamento experimental matemático

O livro discute questões de hidráulica geral, máquinas hidráulicas e acionamentos hidráulicos necessários para fins educacionais e aplicação prática; é dada um grande número de fórmulas de cálculo, tabelas, gráficos e nomogramas utilizados na resolução de problemas e na realização de trabalhos computacionais e gráficos pelos alunos cursos gerais hidráulica, máquinas hidráulicas e acionamentos hidráulicos, o manual pode ser útil para engenheiros e técnicos envolvidos em cálculos hidráulicos.

Principais tipos de movimento de fluidos.
O movimento fluido pode ser constante ou instável. uniforme e irregular, pressão e não pressão, mudando suavemente e mudando abruptamente.

Com o movimento constante de um fluido, suas características (velocidade, pressão, etc.) em todos os pontos do espaço em consideração não mudam com o tempo. O movimento de um fluido, no qual a velocidade e a pressão do fluido mudam com o tempo]!, é denominado instável.

O movimento uniforme é um movimento constante de um fluido no qual as velocidades das partículas nos pontos correspondentes da seção transversal viva, bem como as velocidades médias, não mudam ao longo do fluxo. Com o movimento irregular, a velocidade das partículas nos pontos correspondentes das seções vivas e as velocidades médias mudam ao longo do fluxo.

O movimento de pressão representa o movimento de um fluido em um canal fechado, no qual o fluxo não possui superfície livre e a pressão difere da pressão atmosférica. O movimento de fluxo livre é o movimento de um fluido no qual o fluxo tem uma superfície livre e a pressão é atmosférica.

Um movimento suavemente variável é próximo de retilíneo e paralelo a um jato, ou seja, é um movimento em que a curvatura das linhas de corrente e o ângulo de divergência entre elas são muito pequenos e tendem a zero no limite. Se esta condição não for atendida, o movimento muda drasticamente.

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