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Hidráulica Básica e Máquinas de Fluxo
01 de agosto de 2013 Alex N. Brasil
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Hidráulica Básica
e Máquinas de Fluxo
Alex Nogueira Brasil Faculdade de Engenharia Universidade de Itaúna
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01 de agosto de 2013
Máquinas Termohidráulicas de Fluxo
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Hidráulica Básica e Máquinas de Fluxo
01 de agosto de 2013 Alex N. Brasil
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SUMÁRIO
1. PRINCÍPIOS BÁSICOS ................................................................................................. 001
1.1. Breve histórico ................................................................................................................ 001
1.2. Hidráulica e mecânica dos fluidos .................................................................................. 002
1.3. Massa específica, peso específico e densidade ............................................................... 004
1.4. Sistemas de unidades ...................................................................................................... 005
1.5. Tipos e regimes dos escoamentos ................................................................................... 010
1.6. Equação da Continuidade. Descarga .............................................................................. 011
1.7. Forças exercidas por um líquido em escoamento permanente ....................................... 012
1.8. Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente ......................... 013
1.9. Queda hidráulica. Altura de elevação ............................................................................. 017
1.10. Perdas de carga ............................................................................................................. 017
1.11. Unidades de pressão ..................................................................................................... 018
1.12. Pressão absoluta e pressão relativa ............................................................................... 019
1.13. Influência do peso específico ....................................................................................... 020
1.14. Exercício ....................................................................................................................... 021
2. TEORIA GERAL DAS MÁQUINAS DE FLUXO ......................................................... 022
2.1. Introdução ....................................................................................................................... 022
2.2. Definição de máquina de fluido...................................................................................... 022
2.3. Tipos principais .............................................................................................................. 023
2.4. Campo de aplicação ........................................................................................................ 025
2.5. Máquinas de fluxo (turbomáquinas) ............................................................................... 028
2.5.1. Considerações iniciais ................................................................................................. 029
2.5.2. Elementos construtivos ................................................................................................ 033
2.6. Classificação das máquinas de fluxo .............................................................................. 036
2.6.1. Segundo a direção da conversão de energia ................................................................ 036
2.6.2. Segundo a forma dos canais entre as pás ..................................................................... 040
2.6.3. Segundo a trajetória do fluido no rotor ........................................................................ 042
2.7. Considerações energéticas básicas ................................................................................. 046
2.8. Análise de turbomáquinas .............................................................................................. 049
2.8.1. Considerações básicas sobre o momento da quantidade de movimento ..................... 050
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2.8.2. Equação de Euler para turbomáquinas ........................................................................ 051
2.8.3. Diagramas de velocidade ............................................................................................. 054
2.9. Exercícios ....................................................................................................................... 063
3. BOMBAS - CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO ...................................................... 064
3.1. Instalação de bombeamento típica .................................................................................. 064
3.2. Classificação das máquinas geratrizes (bombas) ............................................................ 067
3.2.1. Bombas de deslocamento positivo .............................................................................. 069
3.2.2. Bombas centrífugas (turbobombas) ............................................................................. 077
4. TURBOBOMBAS - TEOREMA DE EULER ............................................................... 094
4.1. Teoria Monodimensional ............................................................................................... 094
4.2. Triângulos de velocidades ............................................................................................. 096
4.3. Altura manométrica ....................................................................................................... 098
4.3.1. Curva característica dos sistemas de tubulações ........................................................ 101
4.3.2. Medição direta da altura manométrica ....................................................................... 102
4.3.3. Natureza das energias cedidas por uma bomba .......................................................... 104
4.3.4. Influência do perfil da palheta na curva (Hth∞,Q) ....................................................... 106
4.3.5. Influência do nº finito de palhetas. Correção .............................................................. 108
4.3.6. Influência da espessura das pás. Correção ................................................................... 109
4.4. Rendimentos a considerar em uma bomba .................................................................... 110
4.5. Potência necessária ao acionamento das bombas .......................................................... 112
4.6. Exercícios propostos ...................................................................................................... 114
4.7. Semelhança mecânica aplicada às bombas .................................................................... 116
4.7.1. Semelhança geométrica .............................................................................................. 116
4.7.2. Semelhança cinemática ............................................................................................... 117
4.7.3. Semelhança dinâmica ................................................................................................. 117
4.7.4. Formulário de semelhança mecânica .......................................................................... 118
4.7.5. Velocidade específica (ns) ........................................................................................... 119
4.8. Exercícios propostos ...................................................................................................... 121
4.9. Teoria da semelhança e escala reduzida (turbinas hidráulicas) ..................................... 122
4.9.1. Velocidade específica (ns) para turbinas hidráulicas ................................................... 126
4.10. Exercícios propostos .................................................................................................... 121
4.11. Curvas características das bombas .............................................................................. 128
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4.11.1. Curva característica da bomba x curva característica do sistema ............................. 131
4.12. Bombas em série e em paralelo ................................................................................... 133
4.13. Exercícios propostos .................................................................................................... 136
5. TURBINAS HIDRÁULICAS .......................................................................................... 137
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