Hidraulica 2º Teste

CAPITULO 8

1. Distinguir escoamento sob pressão de escoamento com Superficie Livre.

O escoamento com superficie livre ou em canal é quando uma parte da secção

liquida contacta com a atmosfera ou com outro meio gasoso.

Condutas livres ou canais estão sujeitos à pressão atmosférica, pelo menos num

ponto da sua secção de escoamento:

Colectores de esgoto;

Condutas fechadas onde o líquido não enche completamente a secção de

escoamento.

2. Defenir Talvelgue.

Talvegue ou linha de fundo de um canal:

Lugar geométrico dos pontos mais baixos das secções;

A sua planificação constitui o perfil longitudinal do leito.

3. Distinguir Declive Positivo de Declive Negativo.

Declive de um canal é o declive doo perfil longitudinal do seu leito, sendo

medido pela tangente trigonométrica do ângulo Ɵ que aquele forma com a horizontal.

Geralmente representa-se por i:

Consoante o perfil longitudinal é descendente ou ascendente no sentido do

escoamento, o declive é positivo ou negativo.

Declive positivo: o perfil longitudinal é descendente no sentido do escoamento;

Declive negativo: o perfil longitudinal é ascendente no sentido do escoamento.

4. Dar exemplos de condutas livres.

Os colectores de esgotos, de um modo geral, as condutas fechadas onde o

liquido não enche completamente a secção de escoamento, são exemplos de condutas

livres.

5. Caracterizar o regime uniforme em escoamentos com superfície livre.

O escoamento uniforme com superfície livre só é possível em canais prismáticos

(ou cilíndricos), isto é, canais de secção constante ao longo do percurso e cuja

rugosidade é constante ao longo de cada geratriz.

O regime uniforme é um regime de equilíbrio para o qual tende o escoamento de

um dado caudal num canal prismático.

6. Distinguir regime permanente gradualmente variado de regime permanente

rapidamente variado.

Regime permanente gradualmente variado:

Designa‐se Regolfo;

Trajectórias aproximadamente rectilíneas e paralelas;

Secção recta do escoamento sensivelmente plana;

Válida a lei hidrostática de pressões;

Pequena curvatura das trajectórias;

Pequena variação da secção líquida com o percurso;

Perfil superficial = Curva de Regolfo.

Regime permanente rapidamente variado:

Curvatura das trajectórias não desprezável;

Variação brusca da secção líquida com o percurso;

Distribuição não hidrostática de pressões numa secção recta;

Ocorrem junto das singularidades (com excepção do ressalto hidráulico);

Caudal varia com o tempo em qualquer secção;

Exemplos:

o Onda de cheia num rio;

o Escoamento consecutivo à manobra de uma comporta num canal.

7. Saber como se designa o regime permanente gradualmente variado.

Um escoamento permanente gradualmente variado é designado por Regolfo e o

seu perfil superficial por curva de Regolfo.

8. Demonstrar que, num movimento uniforme, a perda de carga entre dois

pontos distanciados de L é igual à diferença das alturas topográficas do

fundo do canal nesses pontos, ou seja, ao declive do leito.

No movimento uniforme a perda de carga entre dois pontos distanciados de L é

igual à diferença das alturas topográficas do fundo do canal nesses pontos, ou seja, ao

declive do leito.

9. Dizer porque nas secções fechadas o valor máximo do caudal transportado

em regime uniforme não corresponde à máxima altura líquida na secção.

Secções Fechadas

Secções circulares e ovóides;

Muito utilizadas em colectores de esgoto;

O caudal máximo transportado em regime uniforme não corresponde à

altura líquida máxima na secção:

Próximo do fecho da abóbada, o aumento da área da secção com a altura

não compensa a redução do raio hidráulico, que é consequência do

acréscimo do perímetro molhado;

10. Dizer porque nas secções fechadas o valor máximo do caudal transportado

em regime uniforme não corresponde à máxima altura líquida na secção.

Secção Mista

Designa-se por secção mista:

uma secção de um canal com rugosidade não uniforme ao longo do

perimetro molhado.

Exemplo, de uma secção trapezoidal com o fundo revestido e com

taludes em terra.

11. Saber como é feito cálculo no caso de secções compostas.

Secções compostas

Secção composta ou “de leito múltiplo”;

Um leito menor e um leito maior ocupado só durante as cheias

Não se pode calcular da forma usual, pois seria-se conduzido a uma

situação absurda.

O cálculo do escoamento uniforme é feito neste caso dividindo a secção

(total) em secções parciais, por meio de verticais passando pelas arestas

de separação dos leitos.

CAPITULO 9

1. Identificar e saber o que representa a variavel “E” na expressão

A variavel “E” designa energia especifica e representa a energia do escoamento

por unidade de peso de liquido, em relação ao fundo do canal.

2. Representa graficamente a relação E=E(h) para Q=Q0. Explicar o que se

conclui da sua observação.

Considerando que o caudal é constante (Q = Q0), a altura líquida e a energia

específica com que o caudal Q0 se pode escoar, em regime permanente, numa secção

transversal com geometria e dimensões dadas, relacionam‐se através da expressão:

3. Distinguir Escoamento Fluvial de Escoamento Torrencial.

Consoante a altura do escoamento é superior ou inferior á açtura crítica, o

escoamento diz-se lento ou rápido. Emprega-se ainda as designações equivalentes de

fluvial ou torrencial, respectivamente.

Escoamento Rápido (ou “torrencial”):

Altura do escoamento é inferior à altura crítica;

A energia específica diminui com a altura líquida.

Escoamento Lento (ou “fluvial”):

Altura do escoamento é superior à altura crítica;

A energia específica cresce com a altura líquida.

4. Conhecer a expressão do nº de Froude e os limites do seu valor nos

diferentes regimes.

5. Representa graficamente a relação h=h(Q) para E=E0. Explicar o que se

conclui da sua observação.

6. Relativamente à propagação de pequenas perturbações na direcção

longitudinal dos canais, saber o que se conclui para os regimes critico,

rápido e lento.

7. Distinguir regime rápido de regime lento no que respeita ao controlo do

escoamento.

CAPITULO 10

1. Subclassificar o declive positivo.

O declive positivo subclassifica-se em:

Critico: escoamento critico;

Fraco: escoamento uniforme:

Forte: escoamento uniforme rápido:

2. Identificar o tipo de regime em função da relação hu vs hc e i vs ic.

3. Perceber o traçado das curvas de regolfo nas mudanças de regime.

4. Saber quando se verifica e o que caracteriza o fenómeno de ressalto

hidráulico ordinário.

O ressalto hidraulico, ou simplesmente ressalto, é o fenómeno de escoamento

rapidamente variado por meio do qual o regime rápido a montante passa bruscamente

para o regime lento a jusante.

5. Saber quando se verifics e o que caracteriza o fenomeno de ressalro

hidraulico ondulado

6. Como se designam as variaveis h1 e h2 que se definem por:

7. Saber como localizar o ressalto Hidraulico.

Um processo para localizar o ressalto consiste em traçar a linha das alturas

conjugadas das alturas do escoamento num dos regimes (rápido ou lento) e determinar o

ponto de encontro com a linha das alturas do escoamento no outro regime 8lento ou

rápido).

8. Saber quando acontece o ressalto “afogado” ou “submerso”.

Para aberturas maiores tenderia a deslocar-se para montante da comporta, no que é

impedido por esta, ocorrendo então o ressalto afogado ou submerso.

CAPITULO 11

1. Identificar os métodos para medir a cota da superficie livre de um líquido.

A medição da cota da superficie livre de um liquido pode fazer-se directamente

ou indirectamente.

2. Indicar dois processos de medição de nível.

Medição da cota da superfície livre de um líquido

Medição Directa:

Instalações laboratoriais;

Feita através de uma régua graduada em mm, ligada a uma ponta afilada e

dispondo eventualmente de um nónio;

Desce-se lentamente a ponta da régua até que toque a superfície do líquido,

procedendo‐se então à leitura.

Medição Indirecta:

Vários processos:

Sondas de fio com peso na extremidade (o contacto do peso com o líquido é

assinalado electricamente);

Sistema de flutuador e contrapeso;

Medição da pressão (deformação de uma membrana fazendo parte de uma caixa

imersa no líquido);

Medição do nível por detecção eléctrica ou de radiação (utilizável em

laboratório e em obras hidráulicas).

3. Saber para que serve um tubo piezométrico.

A medida da pressão num ponto afastado da parede faz-se com um tubo

piezométrico.

4. Saber como se mede a pressão na vizinhança de uma parede sólida.

Para medir a pressão de um líquido na vizinhança de uma parede sólida

estabelece‐se uma tomada de pressão que consiste num pequeno tubo cilíndrico com o

eixo normal à superfície da parede e com um dos extremos à face da mesma;

5. Identificar instrumentos para medir a velocidade pontual num líquido.

A medição pontual da velocidade pode fazer-se utilizando:

Tubos de Pitot

Molinetes;

Traçadores sólidos (flutuadores) liquidos ou radioactivos;

Anemómetros de fio quente e anemómetros laser;

6. Distinguir Caldeiras Venturi de Caldeiras Parshall.

As Caleiras Venturi são medidores do caudal nos escoamentos com superfícies

livre, que utilizam o ressalto para eliminar a influência de jusante sobre montante.

A caleira Parshall constitui uma variante da caleira Venturi. A principal

diferença consiste no facto de, na caleira Parshall, tanto a directriz das paredes

(verticais) como o perfil do fundo compreenderem mudanças bruscas de alinhamento.

É por vezes utilizada para medir caudais em condições de afogamento,

tornando‐se então necessário medir as alturas de água a montante, Hm e a jusante,

7. Deduzir a expressão da velocidade média numa medição de caudais por

ultra-sons sabendo que os dois intervalos de tempo t1 e t2 se expressam por:

Colocar em ordem de c, depois igualar c=c depois:

8. Identificar as partes constituintes de um rotâmetro e a função do mesmo.

Os rotâmetros utilizam-se para a medição de caudais muito pequenos num trecho

vertical de um tubo sob pressão. Este medidor de caudal consiste num tubo vertical

tronco-cónico de material transparente, dentro do qual o fluido em movimento em

movimento ascendente impulsiona um elemento móvel.

8 – Enumerar as razões que presidem à escolha do tipo de medidor de caudal.

Escolha dos medidores de caudais, depende de:

Custo;

Precisão garantida na gama de caudais a medir;

Condicionamentos da instalação;

Condições de exploração e conservação.

CAPITULO 12

1. Explicar a influência, no coeficiente de vazão, da introdução de tubos no

prolongamente de orificios.

C é o coeficiente de vazão e é determinado experimentalmente. Considera-se o valor de

0,60 quando se verifique contracção completa, ou seja quando a forma da veia líquida

não seja influenciada pela proximidade das outras paredes do reservatório.

2. Ilustrar um orificio submerso.

3. Ilustrador um orificio parcipalmente submerso.

4. Explicar como se calcula o caudal em orificios parcialmente submersos.

5. Definir hidraulicamente “Descarregador”.

Definição de descarregador: É um orifício a que se suprimiu a parte superior.

6. Identificar diferentes tipos de descarregadores.

Os descarregadores podem ser:

De parede ou soleira delgada: o contacto da veia líquida descarregada

com a parede limita‐se a uma aresta cortada em bisel;

De parede ou soleira espessa: existe um comprimento apreciável no

contacto da lâmina com a parede.

7. Caracterizar um descarregador de Bazin e ilustrar essa caracterização.

Descarregador de Bazin:

Secção rectangular;

Soleira horizontal em bisel;

Ocupa toda a largura de um canal rectangular;

O espaço sob a lâmina líquida está preenchido por ar à pressão

atmosférica.

O caudal descarregado calcula‐se através de:

8. Identificar a aplicação da Fórmula da S.I.A.

9. Caracterizar um descarregador Cipolletti e ilustrar eessa caracterização.

Descarregador Cipolletti:

Descarregador de secção trapezoidal com lados a 4/1.

Utiliza‐se quando não se pode evitar a contracção lateral cujo efeito é então

compensado pela abertura dos lados a 4/1.

O caudal descarregado calcula‐se como se tratasse de um descarregador

rectangular com largura b igual à base do trapézio:

10. Identificar a utilidade de Descarregadores triangulares e circulares.

Maior rigor na medição de caudais pequenos com descarregadores circulares e

triangulares.

11. Caracterizar um descarregador de Soleira Normal.

Uma soleira de um descarregador diz‐se normal em relação a um determinado

caudal Q0, se o seu perfil é tal que se verifica a pressão atmosférica local ao longo

da soleira quando se escoa esse caudal.

12. Explicar a influência da relação entre H e Hd no caudal descarregador.

A carga Hd denominada carga de definição ou de dimensionamento,

corresponde à distância vertical entre a crista do descarregador e o nível de água a

montante.

Se uma soleira descarregadora funcionar com carga H (carga de funcionamento)

diferente da carga de definição (Hd) as pressões na parede diferem da pressão

atmosférica e o coeficiente de vazão alterase.

Se H > Hd a pressão na soleira será inferior à pressão atmosférica ‐

soleira deprimida :

Coeficiente de vazão aumenta e consequentemente aumenta o caudal

descarregado, com vantagem para a economia da obra e sem perigo para a mesma desde

que a depressão fique contida em certos limites.

Se H< Hd a pressão na parede da soleira descarregadora será superior à

pressão atmosférica e o coeficiente de vazão diminui, levando à

diminuição do caudal de vazão.

O valor limite de H/Hd é condicionado pela necessidade de evitar o risco de

cavitação devido à existência de pressões negativas e a flutuações turbulentas de pressão

ocorridas na camada limite desenvolvida junto da soleira.

O valor limite de H/Hd é limitado pela possibilidade de descolamento da veia

líquida : H / Hd < 1.4.

13. Enunciar o princípio do máximo caudal de Bélanger.

Princípio de máximo caudal assinalado por Bélanger em 1850:

Quando a espessura da lâmina sobre o descarregador atinge 2/3 da carga

a montante mantêm‐se constantes a espessura da lâmina e o caudal (que

era então o caudal máximo para essa carga a montante) ainda que

prossiga a diminuição do nível a jusante.

CAPITULO 13

1. Distinguir Aquífero, Aquífero, Aquiclude e Aquitardo.

Aquífero: Formação geológica ou conjunto de formações geológicas que

contêm água e que permitem que, em condições naturais, a água se desloque através

delas, pela acção da força de gravidade.

Aquífugo: Formação impermeável que não contém nem conduz água em

quaisquer circunstâncias.

Aquiclude: Formação geológica que pode conter ou não água, não permitindo a

sua circulação, pelo menos em quantidades intermédias e em condições naturais.

Aquitardo: Formação geológica, semipermeável, que permite a condução de

água em condições intermédias entre o aquífero e o aquiclude.

2. Caracterizar um aquífero freático.

Aquífero freático: Aquífero sujeito apenas à pressão atmosférica e no qual o

nível da água coincide com o nível freático ou piezométrico.

3. Ilustrar um aquífero confinado ou cativo. Identificar o tipo de escoamento

neste aquífero.

Aquífero confinado ou cativo:

Aquífero que se encontra limitado superior e inferiormente por formações

impermeáveis e, no caso de se abrir um furo de observação, a água sobe neste furo

acima do nível de separação entre o aquífero e o estrato impermeável superior.

O nível a que a água sobe no furo é o nível piezométrico naquele ponto.

O escoamento neste aquífero dá‐se sob pressão.

4. Identificar em que situação se tem um aquífero repuxante ou artesiano.

Caso especial de um aquífero confinado em que o nível piezométrico é superior

ao nível do solo, caso em que a água jorrará do furo.

5. Descreve sucintamente a experiência de Darcy.

Equipamento:

Cilindro de eixo vertical e de secção S;

Amostra de areia de espessura ΔL;

Dois tubos piezométricos a montante e jusante da amostra;

Fazendo passar um caudal constante Q através da amostra de areia de espessura

ΔL existente no interior do cilindro de eixo vertical e de secção S, constata‐se que o

nível no piezómetro de jusante é inferior ao do piezómetro de montante.

Há portanto, resistência ao escoamento da água através da areia.

Perda de carga unitária: j = Δh/ΔL.

6. Identificar o que influencia o coeficiente de permeabilidade.

7. Indicar as unidades em que é expressa a condutividade hidráulica, k.

8. Identificar o que influencia a porosidade e dizer como é que esta se define.

9. Perante dois solos diferentes, identificar o mais poroso.

10. Saber como determinar Q e K quando se pretende determinar a curva da

linha freática num maciço filtrante de base horizontal.

11. Explicar que cuidados há que ter para que não haja interferência mútua

entre poços.

12. Saber o que são cartas freatimétricas.

Cartas freatimétricas

Em geral, a água nos terrenos permeáveis naturais possui um certo

movimento ao longo das camadas que a contêm. Por meio de poços

testemunhas, convenientemente localizados, podem determinar‐se as

cotas representativas da superfície livre, no caso de aquíferos freáticos ou

da superfície piezométrica de aquíferos confinados.

Com estas cotas, podem traçar‐se numa carta, por meio de curvas de

nível, estas superfícies freáticas ou piezométricas.