3.1 Introdução

Um dado escoamento é considerado incompressível, quando para a variação de pressão observada ao longo do escoamento, tem-se uma variação de volume desprezível.

Considerando que neste tipo de escoamento existem variações pequenas de temperatura, pode-se afirmar que tanto a massa específica, como o peso específico, permanece constante ao longo do mesmo.

Enquadram-se neste tipo de escoamento os seguintes exemplos práticos:

• Instalações hidráulicas em geral

• Projetos de ar condicionado

• Projetos de ventilação

• Escoamento de gases perfeitos considerados isotérmicos e com velocidade inferiores a 70 m/s

A outra restrição imposta ao escoamento estudado é que o mesmo seja considerado em regime permanente.

Optou-se por esta nova restrição pelos seguintes motivos:

1ª - Limitação da carga horária (cerca de 120 horas), o que nos levou a optar por um curso, ainda que restrito, capaz de abordar conceitos que permitam a compreensão técnica dos fenômenos de mecânica dos fluidos e o desenvolvimento do projeto de uma instalação de recalque básica.

2ª - Para o funcionamento adequado de um trecho de uma instalação hidráulica (figura 3.1) não se pode ter, nem acúmulo, nem falta de massa entre as duas seções consideradas, esta situação é observada quando o escoamento em questão é considerado em regime permanente.

3.2 Conceito de Escoamento em Regime Permanente

Considerando-se a situação representada pela figura 3.2, tem-se o escoamento em regime permanente, quando as propriedades em uma dada seção do escoamento não se alteram com o decorrer do tempo.

Devemos observar que estas propriedades podem alterar-se de seção para seção.

Pelo próprio conceito de escoamento em regime permanente, conclui-se que em se tratando de níveis de reservatórios, os mesmos devem permanecer constantes (NA ou NC) como condição para ocorrer este tipo de escoamento; isto na prática pode ser observado nas seguintes situações:

1ª - Reservatórios de grandes dimensões (mares, rios, lagos, represas, meio ambiente ...);

2ª - Reservatórios de pequenas dimensões, porém a quantidade de fluido retirada é automaticamente reposta (estabelece-se um nível e retira-se através de uma dada instalação a quantidade de fluido produzida, por exemplo por uma nascente).

3ª - Reservatórios de pequenas dimensões, onde os níveis dos reservatórios variam em um certo intervalo de tempo (escoamento em regime variado) e dentro de certos limites. Nesta situação, localiza-se a condição crítica e para a mesma impõe-se a condição de regime permanente, ou seja nível constante.

3.3 Classificação Básica dos Condutos

Os condutos podem ser classificados em:

• Condutos forçados: - são aqueles onde o fluido apresenta um contato total com suas paredes internas.

A figura 3.3 mostra um dos exemplos mais comuns de conduto forçado, que é o de seção transversal circular.

Nota: A seção transversal, representada pela figura 3.3, pode ser observada nas instalações prediais de água fria, nas instalações prediais de água quente, nas instalações para combate a incêndio, nas adutoras de redes de abastecimento d’água, etc. ...

• Condutos livres: são aqueles onde o fluido apresenta um contato apenas parcial com suas paredes internas.

Neste tipo de conduto observa-se sempre uma superfície livre, onde o fluido está em contato com o ar atmosférico. Os condutos livres são geralmente denominados de canais, os quais podem ser abertos ou fechados, (respectivamente figura 3.4 a e 3.4 b)

Nota: Os canais podem ser observados em instalações de esgoto, estudo de drenagem, estudo de portos e rios, etc. ...

3.4 - Conceitos Básicos de Vazão

O conceito de vazão é fundamental praticamente para todos os estudos dos fluidos, seja para uma instalação hidráulica de abastecimento, seja para o estudo de drenagem, seja para o estudo de geração de energia através de turbina, para todos estes estudos o parâmetro inicial a ser conhecido é a vazão.

3.4.1 - Conceito de Vazão em Volume ou Simplesmente Vazão - Q

Vazão é a quantidade em volume de fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

Nota: A determinação da vazão pode ser direta ou indireta; considera-se forma direta sempre que para a sua determinação recorremos a equação 3.1 e forma indireta quando recorremos a algum aparelho, como por exemplo Venturi, onde:

, sendo a variação de pressão entre duas seções do aparelho, respectivamente uma de área máxima e uma de área mínima.

3.4.2 Conceito de Vazão em Massa - Q_m

Vazão em massa é a quantidade em massa do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

Nota: O conceito de vazão em massa é fundamental para o estudo de escoamentos onde a variação de temperatura não é desprezível.

3.4.3 - Conceito de Vazão em Peso - Q_G

Vazão em peso é a quantidade de peso do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.

3.5 - Relação entre Vazão em Peso (QG), Vazão em Massa (Qm) e Vazão em Volume (Q)

Para obtenção desta relação, evocamos os conceitos de peso específico (γ = G/V) e massa específica (ρ = m/v), através dos mesmos, obtemos a relação deseja.

3.6 - Unidades de QG, Qm e Q

Para que possamos evocar as suas principais unidades, introduzimos inicialmente as suas equações dimensionais.

Conhecendo-se as equações dimensionais, podemos estabelecer as suas principais unidades, por exemplo:

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