TEXTO CEDIDO GENTILMENTE PELO PROFESSOR MANOEL BOTELHO, AUTOR DO LIVRO CONCRETO ARMADO EU TE AMO, SIMPLESMENTE ELE DÁ AULA DE COMO DAR AULA
“ Entendendo de vez a questão de pressão disponível, pressão estática e pressão dinâmica.
Por que esse assunto sempre foi misterioso ?????????
Agora não é mais misterioso.
por Eng. Manoel Henrique Campos Botelho
email manoelbotelho@terra.com.br
Um dos assuntos menos entendido da Hidráulica , por incrível que pareça, é a questão das pressões da água. Eu mesmo que ao estudar a Hidrostática no curso Colegial e achando que entendia tudo, no curso de engenharia fui apresentado, ou melhor fui mal apresentado, aos conceitos de pressão dinâmica, pressão estática e o que é pior pressão disponível. E a velha pressão como ficava ? Como se medem essas novas pressões ? A velha pressão eu sabia medir, ou por manômetros ou por tubos de água em que ela sobe. E as novas pressões, como são medidas ?
Só descansei quando:
- descobri que essas pressões não existem,
- decidi contar essa história e desmistificar conceitos.
Para entender a história é necessário que se entenda e aceite:
- a água em contato com a atmosfera tem pressão nula, ( tem gente que reluta nessa idéia ),
- pressão é a altura de água num tubo e que sobe até um valor que corresponde a essa pressão.
Para isso preparei os dois esquemas ( desenhos ) a seguir, mostrando um sistema hidráulico em três situações:
situação 1 - com a válvula no ponto D fechada,
situação 2 - com a válvula no ponto D totalmente aberta.
situação 3 - com a válvula no ponto D só um pouquinho aberta.
A válvula é uma torneira, nossa velha conhecida.
Por que esse assunto sempre foi misterioso ?????????
Agora não é mais misterioso.
por Eng. Manoel Henrique Campos Botelho
email manoelbotelho@terra.com.br
Um dos assuntos menos entendido da Hidráulica , por incrível que pareça, é a questão das pressões da água. Eu mesmo que ao estudar a Hidrostática no curso Colegial e achando que entendia tudo, no curso de engenharia fui apresentado, ou melhor fui mal apresentado, aos conceitos de pressão dinâmica, pressão estática e o que é pior pressão disponível. E a velha pressão como ficava ? Como se medem essas novas pressões ? A velha pressão eu sabia medir, ou por manômetros ou por tubos de água em que ela sobe. E as novas pressões, como são medidas ?
Só descansei quando:
- descobri que essas pressões não existem,
- decidi contar essa história e desmistificar conceitos.
Para entender a história é necessário que se entenda e aceite:
- a água em contato com a atmosfera tem pressão nula, ( tem gente que reluta nessa idéia ),
- pressão é a altura de água num tubo e que sobe até um valor que corresponde a essa pressão.
Para isso preparei os dois esquemas ( desenhos ) a seguir, mostrando um sistema hidráulico em três situações:
situação 1 - com a válvula no ponto D fechada,
situação 2 - com a válvula no ponto D totalmente aberta.
situação 3 - com a válvula no ponto D só um pouquinho aberta.
A válvula é uma torneira, nossa velha conhecida.
Vejam-se os desenhos a seguir. Recomenda-se imprimir os desenhos e acompanhar o texto com os desenhos na mão.
Notar que o sistema hidráulico em qualquer situação tem o nível de água constante em M . Chega ao sistema uma vazão Q1 e estando a válvula ( D ) fechada, sai do sistema a vazão Q2 igual à Q1 pois a vazão Q3 ( em D ) = 0.
Na situação 2 onde existe a vazão Q3 diferente de zero então:
Q1 = Q2 + Q3
Analisemos a situação 1.
Como não existe vazão em D, todo o sistema dentro do tanque e dos tubos tem velocidade nula. Estamos na condição estática. É a hidráulica denominada de hidrostática. A pressão hidráulica nos pontos E, B , C e D é igual e vale a altura de água h1. Notar que nos tubos nos pontos B e C a altura de água é a mesma. No ponto D não existe tubo para se saber a altura de água que ocorreria mas se existisse, marcaria h1 e se puséssemos um manômetro ( medidor de pressão ) marcaria implacavelmente h1.
Para complicar o estudo inventaram uma tal de pressão estática e que no caso é h1. Por razões didáticas melhor é dizer que nos pontos ocorre uma pressão nas condições estáticas, para não criar na mente dos jovens um conceito de pressão estática diferente da pressão hidráulica .
Até agora tudo fácil . Vamos agora abrir total ou parcialmente ou só um pouquinho a válvula em D.
Sairá uma vazão em D igual à Q3 e que será diferente de zero. Se abrirmos totalmente a válvula sairá uma vazão Q3 que será a máxima possível.
Se fecharmos um pouco a válvula a vazão Q3 diminuirá um pouco e se fecharmos mais um pouco a válvula a vazão Q3 diminuirá mais ainda e se fecharmos tudo a vazão em Q3 virará zero.
A premissa é que a vazão Q1 é bem maior que Q3 e portanto sempre existe uma vazão de extravasamento Q2.
Vejamos agora as pressões hidráulicas nos vários pontos do sistema que está numa situação dinâmica.
No ponto A, a pressão da água é zero pois qualquer água em contato com a atmosfera a pressão é nula.
No ponto E a pressão da água é medida pela altura de água e portanto vale h2.
Notar agora que instalamos um tubo transparente em B e esse tudo a água sobe até o ponto J mais baixo que o ponto A. A pressão em B é medida pela altura JB e é menor que a altura EA. Por que caiu a pressão em B ? É que a água ao escoar perde energia e a perda da energia pode ser medida pela altura JA.
No ponto C a pressão pode ser medida pela altura de água num tubo transparente e vale XC e que é menor que JB . Por que diminuiu a pressão em C ? Perda de energia face ao escoamento ( condições dinâmicas ).
Se instalarmos um manômetro em K a pressão será menor que em B e maior que em C.
Qual a pressão em D ? Nula . Qualquer água em contato com a atmosfera tem pressão nula.
E qual seria a pressão num ponto no tubo a esquerda de D ? Basta ver a linha de pressões AD. A pressão seria muito pequena.
A linha das pressões é a linha que mostra a pressão em cada ponto.
Fica uma pergunta . Se mudarmos a condição da válvula em D, abrindo mais ou menos como fica a linha pressões AD e que mostra como evolui as pressões de E a D ? Resposta - passando pouca vazão ( pequeno Q3 ) a linha de pressões é pouco inclinada e existe uma enorme perda de carga na válvula pouco aberta.
Se abrirmos um pouco mais a válvula então diminui a perda de carga na válvula e aumenta a inclinação de AD.
As pressões nas condições dinâmicas são denominadas pressões dinâmicas.
Mas o que é pressão disponível ?
É fácil de entender. Na situação 2 ( válvula aberta em D ) as pressões em qualquer ponto entre E e B são maiores que num ponto entre C e D. Notar que estamos falando em pontos sem saída de água. Digamos que furamos um ponto entre E e B e chamemos esse ponto de M. Sairá uma vazão em M que será função da posição de M ( mais ou menos próximo do ponto E) e função da área do furo.
Q = S.V S - seção, área V velocidade
Se fizermos um outro furo com a mesma seção num ponto Y entre B e C a vazão de saída será menor que a vazão do ponto M. Por que ?
Nos dois pontos a pressão da água de saída é nula, pois água em contato com a pressão atmosférica tem pressão nula. Mas a vazão de saída da água em M é maior que a vazão de saída em Y pois a pressão que existia antes do furo em M era maior que a pressão em Y. Como as seções são iguais e como a vazão em M é maior então a velocidade de saída em M é maior que a velocidade de saída em Y.
Moro no segundo andar de um prédio de apartamentos e a velocidade de saída ( e não a pressão de saída ) na minha torneira do tanque é maior que a velocidade de saída da água da torneira semelhante do quinto andar pois a pressão da água quando as duas torneiras estão fechadas é maior no segundo que no quinto andar. Logo a vazão de saída na minha torneira é maior que a vazão de saída no apartamento mais alto.
Logo para se saber a pressão disponível num ponto da instalação o certo é medir a pressão nesse ponto e que se transforma em velocidade quando se abre um orifício ( torneira ) no ponto. Ou seja para saber a pressão disponível na minha torneira eu posso:
- instalar um manômetro que bloqueia a saída de água ( vazão nula ) mas mede a pressão,
- instalar um tubo e deixar a água subir. É um manômetro rudimentar.
A altura de água no tubo é pressão no ponto e chamada de pressão disponível. Será o mesmo valor indicado no manômetro.
Agora atenção.
Já ouviram falar de mangueira de alta pressão ? Não existe mangueira de alta pressão . Existe mangueira de alta velocidade de saída. Postos de gasolina lavam carros com alta velocidade de água e não com alta pressão pois água em contato com a atmosfera sempre e eternamente tem pressão nula.
Manoel Henrique Campos Botelho - Eng. Civil
email manoelbotelho@terra.com.br
Cx. Postal 12.966 CEP 04009-970 S.Paulo SP
FIM
Aguardem proximamente as crônicas hidráulicas misteriosas :
1)
O Mistério do hidrantes
Num reservatório com água entrando e extravasando no seu topo faço um pequeno furo e sai a vazão Q1. Depois disso faço um novo pequeno furo bem perto do primeiro furo e sai uma vazão Q2 quase igual a Q1 e com isso a vazão extraída pelos furos dobra.
Se isso é verdade quando estamos combatendo um incêndio usando água de um hidrante vale a pena abrir um outro hidrante próximo ao primeiro e ligado á mesma rede hidráulica ?
2)
O mistério do enchimento das latas
Quando se está enchendo uma lata com água de uma mangueira domiciliar vale a pena apertar a saída da mangueira para que a água saia mais rápida e encha a lata mais rápido ?
Esses e outros mistérios da engenharia, só o Prof. Manoel Botelho conta.
Manoel Henrique Campos Botelho
tel. ( 0xx11) 55 71 84 95 S.Paulo SP
email manoelbotelho@terra.com.br
Na situação 2 onde existe a vazão Q3 diferente de zero então:
Q1 = Q2 + Q3
Analisemos a situação 1.
Como não existe vazão em D, todo o sistema dentro do tanque e dos tubos tem velocidade nula. Estamos na condição estática. É a hidráulica denominada de hidrostática. A pressão hidráulica nos pontos E, B , C e D é igual e vale a altura de água h1. Notar que nos tubos nos pontos B e C a altura de água é a mesma. No ponto D não existe tubo para se saber a altura de água que ocorreria mas se existisse, marcaria h1 e se puséssemos um manômetro ( medidor de pressão ) marcaria implacavelmente h1.
Para complicar o estudo inventaram uma tal de pressão estática e que no caso é h1. Por razões didáticas melhor é dizer que nos pontos ocorre uma pressão nas condições estáticas, para não criar na mente dos jovens um conceito de pressão estática diferente da pressão hidráulica .
Até agora tudo fácil . Vamos agora abrir total ou parcialmente ou só um pouquinho a válvula em D.
Sairá uma vazão em D igual à Q3 e que será diferente de zero. Se abrirmos totalmente a válvula sairá uma vazão Q3 que será a máxima possível.
Se fecharmos um pouco a válvula a vazão Q3 diminuirá um pouco e se fecharmos mais um pouco a válvula a vazão Q3 diminuirá mais ainda e se fecharmos tudo a vazão em Q3 virará zero.
A premissa é que a vazão Q1 é bem maior que Q3 e portanto sempre existe uma vazão de extravasamento Q2.
Vejamos agora as pressões hidráulicas nos vários pontos do sistema que está numa situação dinâmica.
No ponto A, a pressão da água é zero pois qualquer água em contato com a atmosfera a pressão é nula.
No ponto E a pressão da água é medida pela altura de água e portanto vale h2.
Notar agora que instalamos um tubo transparente em B e esse tudo a água sobe até o ponto J mais baixo que o ponto A. A pressão em B é medida pela altura JB e é menor que a altura EA. Por que caiu a pressão em B ? É que a água ao escoar perde energia e a perda da energia pode ser medida pela altura JA.
No ponto C a pressão pode ser medida pela altura de água num tubo transparente e vale XC e que é menor que JB . Por que diminuiu a pressão em C ? Perda de energia face ao escoamento ( condições dinâmicas ).
Se instalarmos um manômetro em K a pressão será menor que em B e maior que em C.
Qual a pressão em D ? Nula . Qualquer água em contato com a atmosfera tem pressão nula.
E qual seria a pressão num ponto no tubo a esquerda de D ? Basta ver a linha de pressões AD. A pressão seria muito pequena.
A linha das pressões é a linha que mostra a pressão em cada ponto.
Fica uma pergunta . Se mudarmos a condição da válvula em D, abrindo mais ou menos como fica a linha pressões AD e que mostra como evolui as pressões de E a D ? Resposta - passando pouca vazão ( pequeno Q3 ) a linha de pressões é pouco inclinada e existe uma enorme perda de carga na válvula pouco aberta.
Se abrirmos um pouco mais a válvula então diminui a perda de carga na válvula e aumenta a inclinação de AD.
As pressões nas condições dinâmicas são denominadas pressões dinâmicas.
Mas o que é pressão disponível ?
É fácil de entender. Na situação 2 ( válvula aberta em D ) as pressões em qualquer ponto entre E e B são maiores que num ponto entre C e D. Notar que estamos falando em pontos sem saída de água. Digamos que furamos um ponto entre E e B e chamemos esse ponto de M. Sairá uma vazão em M que será função da posição de M ( mais ou menos próximo do ponto E) e função da área do furo.
Q = S.V S - seção, área V velocidade
Se fizermos um outro furo com a mesma seção num ponto Y entre B e C a vazão de saída será menor que a vazão do ponto M. Por que ?
Nos dois pontos a pressão da água de saída é nula, pois água em contato com a pressão atmosférica tem pressão nula. Mas a vazão de saída da água em M é maior que a vazão de saída em Y pois a pressão que existia antes do furo em M era maior que a pressão em Y. Como as seções são iguais e como a vazão em M é maior então a velocidade de saída em M é maior que a velocidade de saída em Y.
Moro no segundo andar de um prédio de apartamentos e a velocidade de saída ( e não a pressão de saída ) na minha torneira do tanque é maior que a velocidade de saída da água da torneira semelhante do quinto andar pois a pressão da água quando as duas torneiras estão fechadas é maior no segundo que no quinto andar. Logo a vazão de saída na minha torneira é maior que a vazão de saída no apartamento mais alto.
Logo para se saber a pressão disponível num ponto da instalação o certo é medir a pressão nesse ponto e que se transforma em velocidade quando se abre um orifício ( torneira ) no ponto. Ou seja para saber a pressão disponível na minha torneira eu posso:
- instalar um manômetro que bloqueia a saída de água ( vazão nula ) mas mede a pressão,
- instalar um tubo e deixar a água subir. É um manômetro rudimentar.
A altura de água no tubo é pressão no ponto e chamada de pressão disponível. Será o mesmo valor indicado no manômetro.
Agora atenção.
Já ouviram falar de mangueira de alta pressão ? Não existe mangueira de alta pressão . Existe mangueira de alta velocidade de saída. Postos de gasolina lavam carros com alta velocidade de água e não com alta pressão pois água em contato com a atmosfera sempre e eternamente tem pressão nula.
Manoel Henrique Campos Botelho - Eng. Civil
email manoelbotelho@terra.com.br
Cx. Postal 12.966 CEP 04009-970 S.Paulo SP
FIM
Aguardem proximamente as crônicas hidráulicas misteriosas :
1)
O Mistério do hidrantes
Num reservatório com água entrando e extravasando no seu topo faço um pequeno furo e sai a vazão Q1. Depois disso faço um novo pequeno furo bem perto do primeiro furo e sai uma vazão Q2 quase igual a Q1 e com isso a vazão extraída pelos furos dobra.
Se isso é verdade quando estamos combatendo um incêndio usando água de um hidrante vale a pena abrir um outro hidrante próximo ao primeiro e ligado á mesma rede hidráulica ?
2)
O mistério do enchimento das latas
Quando se está enchendo uma lata com água de uma mangueira domiciliar vale a pena apertar a saída da mangueira para que a água saia mais rápida e encha a lata mais rápido ?
Esses e outros mistérios da engenharia, só o Prof. Manoel Botelho conta.
Manoel Henrique Campos Botelho
tel. ( 0xx11) 55 71 84 95 S.Paulo SP
email manoelbotelho@terra.com.br
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