ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA:

HIDRÁULICA E HIDROMETRIA

Unidade:

U1_FUNDAMENTOS_DE_MECÂNICA_DOS_FLUIDOS

Aula:

A1_EXPERIMENTO_DE_REYNOLDS

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

O número de Reynolds é assim chamado graças ao engenheiro Osborne Reynolds que, por volta de 1880, realizou vários testes para entender a relação entre as características do fluido, tubulação e o regime de escoamento. Ele descobriu que o regime do escoamento depende principalmente da razão das forças inerciais e as forças viscosas do fluido.

Para verificar o comportamento do fluido, Reynolds utilizou uma montagem que constituía de uma tubulação que passava água, com uma válvula para controlar a vazão e um reservatório com corante que foi injetado na água durante os experimentos.

O número de Reynolds é calculado através da seguinte fórmula:

Re = (U x D) / v

Onde:

• U é a velocidade média de escoamento

• D é o diâmetro da tubulação

• v é a viscosidade cinemática da água

Reynolds definiu os intervalos referentes à classificação dos regimes:

• Regime Laminar: Re < 2000

• Transição: 2000 ≤ Re < 4000

• Regime Turbulento: Re ≥ 4000

Objetivos da aula:
✓ Compreender os fundamentos de mecânica dos fluidos.
✓ Realizar o experimento de Reynolds.
✓ Identificar os regimes de escoamento – laminar e turbulento

SOLUÇÃO DIGITAL

Laboratório Virtual Algetec – simulador: Experimento de Reynolds – ID 762

O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório e deve ser acessado preferencialmente por computador.

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento/Atividade nº 1

Inserir o nome do experimento:
Experimento de Reynolds

Atividade proposta:
✓ Verificação do posicionamento das válvulas (registros)

TABELA 1 – Condições das válvulas (registros)

AÇÕES

• Altere o posicionamento das válvulas conforme necessário.

• Observe os exemplos das válvulas abertas e fechadas (Figuras 1 e 2).

• Dirija-se à câmera “Válvulas de controle”.

• Gire a válvula 2c até 40% de abertura.

• Acesse o “Painel elétrico”.

• Habilite as bombas 1 e 2 no painel elétrico.

• Ligue o painel clicando no botão “LIGA”.

• Acesse o Rotâmetro e abra totalmente a válvula 2c.

ENCHENDO O RESERVATÓRIO DE ÁGUA

• Habilite o potenciômetro com clique direito.

• Vá para o “Reservatório de acrílico”.

• Feche a válvula 13 assim que o nível de água subir.

• Feche a válvula 12 ao completar o nível de água.

MEDINDO A VAZÃO

• Habilite a janela pop-up do reservatório.

• Meça o volume de água (dimensões: 40 cm x 32 cm x 47,4 cm).

• Acesse o cronômetro.

• Acesse o tubo de Reynolds.

• Abra a válvula 14 na porcentagem escolhida e inicie o cronômetro.

• Após 1 minuto, feche a válvula 14 e meça novamente o volume.

OBSERVANDO O REGIME DE ESCOAMENTO

• Habilite o pop-up da válvula 15.

• Volte ao tubo de Reynolds.

• Abra a válvula 15 arrastando a barra no pop-up.

• Abra novamente a válvula 14 e observe o comportamento do fluido.

AVALIANDO OS RESULTADOS

Você deverá entregar um relatório de aula prática contendo:

• O passo a passo do experimento (com prints das etapas realizadas);

• Respostas aos seguintes questionamentos:

Questionamentos:

1. A partir dos dados obtidos no laboratório, determine a vazão do sistema. Justifique.
   (Apresentar memória de cálculo e prints das imagens)

2. Qual o regime de escoamento observado no experimento? Justifique.
   (Apresentar memória de cálculo e prints do escoamento no tubo de Reynolds)

3. Repita o procedimento para obter um regime de escoamento diferente ao da primeira tentativa.

CHECKLIST

✓ Acessar seu AVA;
✓ Clicar no link do experimento “MEDIDAS DE MASSA E VOLUME DE LÍQUIDOS”;
✓ Verificação do posicionamento das válvulas (realizar com a bancada desligada);
✓ Definir o diâmetro interno do tubo de Reynolds: 44 mm;
✓ Posicionar válvula 2c com 40% da capacidade e ligar as bombas;
✓ Observar fluxo no rotâmetro e abrir a válvula 2c completamente;
✓ Ajustar potenciômetro para controle da vazão;
✓ Fechar válvula 13 ao notar subida do nível;
✓ Fechar válvula 12 ao completar reservatório;
✓ Medir o volume no reservatório;
✓ Abrir válvula 14 e iniciar cronômetro;
✓ Após 1 minuto, fechar válvula 14 e medir novo volume;
✓ Abrir válvula 15 para escoamento com corante;
✓ Abrir válvula 14 na mesma porcentagem;
✓ Aguardar estabilização para iniciar medição.

RESULTADOS

Resultados do Experimento:

Ao final da aula prática, você deverá enviar um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento

• Cálculos realizados

• Texto conclusivo

O arquivo não pode exceder 2Mb.

Resultados de Aprendizagem:

Uma vez realizado o experimento e observado o regime turbulento, repete-se o procedimento alterando o volume e, consequentemente, a vazão e a velocidade de escoamento, que acarretará na alteração do regime de escoamento.

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA:

HIDRÁULICA E HIDROMETRIA

Unidade:

U2_ESCOAMENTO_PERMANENTE_EM_CONDUTOS_FORÇADOS

Aula:

A1_ESCOAMENTO_UNIFORME_EM_TUBULAÇÕES

OBJETIVOS

Definição dos objetivos da aula prática:

A perda de carga distribuída é um conceito crucial em sistemas hidráulicos, referindo-se à perda de energia que ocorre ao longo de uma tubulação devido ao atrito entre o fluido e as paredes internas. A equação de Darcy-Weisbach desempenha um papel fundamental na análise dessas perdas, permitindo aos engenheiros calcularem com precisão como a perda de carga distribuída afeta o desempenho de sistemas hidráulicos.

Esta equação leva em consideração fatores como:

• O diâmetro da tubulação,

• A rugosidade da superfície interna,

• A velocidade do fluido, e

• O comprimento do tubo,

fornecendo uma ferramenta essencial para o projeto e a otimização de sistemas de transporte de fluidos, como redes de água, óleo e gás.

Objetivos específicos:

• ✓ Conhecer as ferramentas do software EPANET a ser utilizado no dimensionamento de condutos forçados;

• ✓ Aplicar os conceitos sobre condutos forçados em problemas de engenharia;

• ✓ Correlacionar teoria e prática sobre dimensionamento de condutos forçados.

SOLUÇÃO DIGITAL

O EPANET é um software criado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA – Environmental Protection Agency) que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água em redes de distribuição pressurizada.

Trata-se de um programa de domínio público e pode ser utilizado para fins acadêmicos e comerciais.

🔗 Link: https://ct.ufpb.br/lenhs/contents/menu/assuntos/epanet

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

Procedimento/Atividade nº 1

Atividade proposta:
Cálculo de tubulação entre dois reservatórios através do EPANET.

Procedimentos para a realização da atividade:

1º – Faça o download e instalação do software EPANET.
🔗 Acesse: http://ct.ufpb.br/lenhs/contents/menu/assuntos/epanet

2º – Área de trabalho

Nas opções de menu, é possível:

• Abrir e salvar arquivos,

• Escolher uma imagem de fundo (ex.: mapa de um bairro),

• Definir as configurações da simulação,

• Gerar relatórios com resultados, entre outros.

A barra de ferramentas é a maneira mais prática de inserir novos componentes físicos (últimos botões).
Na janela, é visualizado o traçado da rede (com ou sem escala).
No navegador, é possível criar e editar componentes por categorias (nós, trechos, bombas, etc).

As equações utilizadas poderão ser editadas em:
Menu Projeto → Opções de Simulação

Escolha a equação:

• D-W: Darcy-Weisbach (utilizar esta equação)

Prefira o Sistema Internacional de Unidades – SI
Em “Projeto → Opções de simulação”, selecione unidades de vazão: LPS (litros por segundo).

3º – Exercício de aula prática – Ligação entre dois reservatórios de nível constante

Dados:

• Diferença de nível: 15 m

• Tubulação de 6” de diâmetro em aço liso (ε = 0,10 mm)

• Comprimento: 500 m

• Desprezar perdas de carga localizadas

Objetivo: Determinar a vazão transportada em regime permanente.

4º – Inserindo os objetos

1. Clique no botão RNF (Reservatório de Nível Fixo) e insira os dois reservatórios no mapa.

2. Insira um nó próximo ao primeiro reservatório (necessário para o método de cálculo).

3. Insira os trechos de tubulação:

   • 1º trecho: do reservatório superior ao nó

   • 2º trecho: do nó ao reservatório inferior

5º – Dados e configurações

1. Clique em “Selecionar objeto” na barra de ferramentas.

2. Dê duplo clique no reservatório inferior e defina o nível de água como 0 m.

3. No reservatório superior, defina o nível de água como 15 m.

Configurações do 1º trecho (nó auxiliar):

• Comprimento (m) = 0.001 (valor desprezível)

• Diâmetro (mm) = 152.4 (6”)

• Rugosidade (mm) = 0.1

Configurações do 2º trecho:

• Comprimento (m) = 500

• Diâmetro (mm) = 152.4 (6”)

• Rugosidade (mm) = 0.1

⚠️ Pressione Enter após definir um valor ou opção.
⚠️ Utilize ponto (.) como separador decimal.

6º – Processamento e Resultados

1. Clique no botão “Executar simulação”

Se não houver erro, clique em OK.

2. Dê duplo clique no trecho ou acesse via:

   • Navegador → Dados → Trechos → Identificador do trecho (“2”)

Resultados disponíveis:

• Vazão: em L/s

• Velocidade: em m/s

• Perda de Carga: unitária (m/km)

• Fator de Resistência: fator de atrito f

AVALIANDO OS RESULTADOS

Caro estudante! Você deverá apresentar um relatório com prints do software da simulação realizada.

O que incluir no relatório:

1. Resultados obtidos + Discussão dos mesmos

2. Dificuldades encontradas na prática

3. Facilidade no uso do software

CHECKLIST

✓ Fazer o download do instalador e instalar o software EPANET
✓ Ajustar as unidades para o SI e escolher a equação de Darcy-Weisbach
✓ Inserir os objetos: reservatórios, nó e trechos
✓ Atribuir os parâmetros: nível d’água, comprimento, diâmetro, rugosidade
✓ Executar a simulação
✓ Analisar os resultados obtidos

RESULTADOS

Resultados do experimento:
Ao final da aula prática, você deverá enviar um arquivo em Word contendo:

• Informações obtidas no experimento

• Cálculos realizados

• Texto conclusivo

📌 O arquivo não pode exceder 2Mb.

RESULTADOS DE APRENDIZAGEM

Após a execução do passo-a-passo, os alunos deverão ser capazes de:

• Compreender o comportamento do escoamento uniforme em tubulações,

• Utilizar ferramentas de simulação como o EPANET para análise hidráulica.

  ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

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  NOME DA DISCIPLINA:

  HIDRÁULICA E HIDROMETRIA

  Unidade:

  U2_ESCOAMENTO_PERMANENTE_EM_CONDUTOS_FORÇADOS

  Aula:

  A3_SISTEMAS_HIDRÁULICOS_DE_TUBULAÇÕES_II

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  OBJETIVOS

  Definição dos objetivos da aula prática:

  O “Problema dos Três Reservatórios” é um desafio clássico na engenharia hidráulica que envolve a otimização do fluxo de água entre três reservatórios interconectados. O objetivo é encontrar configurações ideais de comportas e válvulas que maximizem o abastecimento de água para uma cidade, ao mesmo tempo em que minimizam perdas e custos.

  Esse problema é essencial para o planejamento eficiente dos sistemas de abastecimento de água, garantindo a distribuição adequada de recursos hídricos.

  Uma ferramenta valiosa para abordar o “Problema dos Três Reservatórios” é o software EPANET, que permite:

  • Criar representações virtuais de sistemas de abastecimento de água,

  • Simular o funcionamento em diferentes cenários,

  • Ajustar válvulas e comportas,

  • Obter dados sobre pressão, vazão e distribuição da água.

  Com base em modelos matemáticos, o EPANET permite avaliar estratégias de operação e manutenção.

  Objetivos específicos:

  • ✓ Conhecer as ferramentas do software EPANET a ser utilizado na resolução do problema de três reservatórios;

  • ✓ Aplicar conceitos sobre o assunto;

  • ✓ Correlacionar teoria e prática sobre resolução do problema de três reservatórios.

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  SOLUÇÃO DIGITAL

  O EPANET é um software criado pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA – Environmental Protection Agency) que permite executar simulações estáticas e dinâmicas do comportamento hidráulico e de qualidade da água em redes de distribuição pressurizada.

  Trata-se de um programa de domínio público que pode ser utilizado para fins acadêmicos e comerciais.

  🔗 Link: https://ct.ufpb.br/lenhs/contents/menu/assuntos/epanet

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  PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES

  Atividade proposta:

  Cálculo do problema dos três reservatórios através do EPANET.

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  Procedimentos para a realização da atividade:

  1º – Download e instalação do EPANET
  Acesse o link abaixo, baixe e instale o programa:
  🔗 http://ct.ufpb.br/lenhs/contents/menu/assuntos/epanet

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  2º – Área de trabalho
  No software EPANET, é possível:

  • Abrir/salvar arquivos,

  • Escolher imagem de fundo (ex.: mapa),

  • Configurar a simulação,

  • Gerar relatórios,

  • Inserir componentes físicos (reservatórios, nós, tubulações),

  • Editar componentes em listas por categorias (nós, trechos, bombas etc.).

  Configurações:
  Menu → Projeto → Opções de Simulação

  • Equação a ser usada: Darcy-Weisbach (D-W)

  • Unidade de vazão: LPS (litros por segundo)

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  3º – Exercício de aula prática: Problema dos Três Reservatórios

  Os três reservatórios interligados têm características especificadas. Calcular:

  • Vazões nos trechos 1, 2 e 3;

  • Velocidades médias;

  • Carga de pressão em A.

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  4º – Inserindo os objetos

  1. Clique no botão RNF (Reservatório de Nível Fixo) → inserir os três reservatórios no mapa.

  2. Clique em Adicionar Nó → inserir o nó correspondente ao ponto A.

  3. Clique em Adicionar Trecho → conecte os três reservatórios ao ponto A.

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  5º – Dados e configurações

  • Clique em Selecionar Objeto → duplo clique no reservatório R1 → defina o nível da água conforme a figura (exemplo: 210 m).

  • Repita para os outros dois reservatórios.

  • Para o nó A, defina a cota: 175 m

  Trechos:

  • Comprimento (m): conforme especificado

  • Diâmetro (mm): conforme especificado

  • Rugosidade (mm): conforme especificado

  ⚠️ Use ponto (.) como separador decimal
  ⚠️ Pressione Enter após cada valor

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  6º – Processamento e Resultados

  • Clique em Executar Simulação

  • Se não houver erro, aparecerá uma mensagem → clique em OK

  Resultados:

  • Clique duplo no trecho → visualizar:

    • Vazão (L/s)

    • Velocidade (m/s)

  • Clique duplo no nó A → visualizar:

    • Carga de pressão

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  AVALIANDO OS RESULTADOS

  Você deverá apresentar um relatório com:

  1. Prints do software da simulação realizada

  2. Discussão dos resultados

  3. Dificuldades encontradas

  4. Facilidade no uso do software

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  CHECKLIST

  ✓ Fazer o download do instalador e instalar o EPANET
  ✓ Ajustar unidades para o SI e escolher Darcy-Weisbach
  ✓ Inserir os objetos – reservatórios, nó e trechos
  ✓ Atribuir os parâmetros – nível d’água, comprimento, diâmetro, rugosidade
  ✓ Executar a simulação
  ✓ Analisar os resultados

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  RESULTADOS

  Resultados do experimento:
  Ao final da aula prática, enviar um arquivo em Word com:

  • Informações obtidas

  • Cálculos realizados

  • Texto conclusivo

  📌 O arquivo não pode exceder 2Mb

  Resultados de aprendizagem:
  Ao fim da atividade, os alunos deverão ser capazes de analisar sistemas hidráulicos de tubulações, incluindo:

  • Vazão

  • Velocidade

  • Perda de carga

  • Fator de atrito