Cálculo de Perdas de carga e de outras variáveis de escoamento permanente em conduto simples.
Autor e Co-autor(es)
Lysandra Guedes Fontenele
Estrutura Curricular
| Modalidade / Nível de Ensino | Componente Curricular | Tema |
|---|---|---|
| Educação Profissional | Infra-estrutura | Técnico em Saneamento |
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
O estudo da hidráulica visa primordialmente conhecer e oferecer condições para o dimensionamento das estruturas que transportam fluidos, tais como: condutos, canais, galerias, tubulações, estações de bombeamento e outras. Nesta aula, nos deteremos apenas no transporte de fluidos em condutos.
Para a realização de tal estudo, faz-se necessário abranger princípios básicos da hidráulica, como: pressão, velocidade, vazão, tipos de escoamento bem como seus teoremas e equações que descrevem os escoamentos dos fluidos. Partindo do pressuposto que o professor estará seguindo um programa de hidráulica para o dimensionamento de estruturas hidráulicas semelhante ao descrito inicialmente, o docente fará uma introdução descrevendo os princípios básicos da hidráulica, assim como uma breve revisão sobre o sistema de unidades internacional e de alguns princípios e equações físicas, como a velocidade, a vazão e dissertar sobre o Princípio da Continuidade, cujo este, parte do princípio que durante certo fluxo a vazão se mantém constante em todas as seções de um conduto.
A partir de então, realizar a demonstração das fórmulas utilizadas para a verificação dos componentes que interferem no processo de condução de fluxos, um deles a perda de carga, fator que desperta a atenção dos técnicos por ser uma variante onerosa no processo.
As equações utilizadas poderão ser a as seguintes: a equação mais conhecida por Fórmula Universal, desenvolvida por Darcy-Weisbach, que serve principalmente para tubos e da fórmula empírica desenvolvida por Hazen-Willians.
Após a explanação teórica, torna-se interessante o desenvolvimento de exercícios que simulem as características de tais condutos e posteriormente a utilização do computador como uma ferramenta de complementação ao estudo, com a utilização de um software que calcula as perdas de carga e outras características de um conduto, a partir da inserção de alguns dados requeridos.
Duração das atividades
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
Necessita-se exercitar o conhecimento dos alunos sobre aspectos da Hidráulica geral, tais como o escoamento permanente de fluidos em condutos forçados (sob pressão), das fórmulas de Hazen Williams e Universal utilizadas na atividade, assim como as variáveis presentes no sistema, como velocidade e vazão dos fluidos e diâmetro dos condutos.
Estratégias e recursos da aula
Na sala de aula a apresentação do tema ficará a critério do professor, mas como sugestão o professor poderá fazer o uso de uma mídia digital para a demonstração de slides com o referido tema a fim de proporcionar uma aula mais interativa e produtiva.
Após a aula teórica e antes de iniciar a atividade com o auxílio do computador, recomenda-se incentivar o trabalho em dupla e encaminhar os alunos ao laboratório de informática.
No laboratório de informática, apresente o software que será capaz de complementar o ensino proposto sobre o escoamento de fluídos em canais abertos a partir de uma abordagem técnica e prática. Trata-se do software Hidrowin 2.0, que faz o cálculo de perdas de carga e outras variantes de um conduto a partir da inserção de dados requeridos de acordo com o que estiver sendo trabalhado.
Link do aplicativo:
http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/handle/mec/11254
Sugere-se como gestão da aula o uso da Sequência Fedathi nos seguintes momentos:
1. Tomada de posição:
O professor, ao chegar à sala do laboratório de Informática, deve solicitar aos alunos que se organizem em duplas e que cada um utilize um computador.
Em seguida, o professor deve iniciar o uso do computador, apresentado o aplicativo já instalado previamente nos aparelhos, por meio de uma mídia digital (projetor de imagens tipo LCD) e com o acompanhamento dos alunos aos passos desenvolvidos pelo professor em seus respectivos computadores. Em meio aos dados expostos, eles deverão alimentar o software e alcançar as informações pedidas.
Assim, diante dos esclarecimentos, disponibilize alguns questionamentos, tais como o problema dado abaixo. Estabeleça quais equações os alunos deverão utilizar: a de Hazen Williams ou a Universal.
“Um determinado conduto que transporta água a uma vazão de 10 l/s, possui um diâmetro de 100 mm. Calcule a velocidade dentro do conduto e a perda de carga sofrida no processo. Lembre-se de realizar as modificações de unidades necessárias.”
2 - Maturação:
Nesta e tapa os alunos em suas respectivas duplas trabalharão em cima da resolução da problemática. Ou seja, eles introduzirão no programa computacional os dados de entrada e escolherão a fórmula responsável pelos cálculos e obterão os dados de saída. Enquanto isso, o professor avaliará o andamento das atividades dos alunos verificando eventuais dificuldades.
3 - Solução:
Nesta ocasião o professor questionará aos alunos sobre os resultados alcançados. Verificando se houveram dificuldades na manipulação dos dados e se os resultados obtidos estão condizentes ou próximos aos corretos. Assim, o professor questionará a turma a respeito dos resultados alcançados sobre os cálculos de perdas de carga e das outras variáveis do processo.
4 - Prova:
Neste momento, o professor deverá apresentar as prováveis soluções do problema para todos os alunos, assim como poderá fazer comentários acerca da importância do conhecimento de softwares aplicados a este assunto, uma vez que facilita a operacionalização de um sistema real, visto que os graduandos poderão estar utilizando meios similares em seus respectivos trabalhos.
Recursos Complementares
Leitura complementar sobre a metodologia de ensino : Sequência Fedathi
Avaliação
A avaliação deverá ocorrer durante a aula, observando a qualidade da participação dos alunos nas discussões e nas atividades propostas sobre o referido assunto.