TC 022 Introdução à Engenharia

Transcrição

1 TC 022 Introdução à Engenharia Prof. André Fabiani DHS v0 Aula 1 1 Esquema da Disciplina A disciplina de Introdução à Engenharia possui um encontro semanal, com um total de 30 horas-aula. Neste ano, experimentalmente, haverá um rodízio dos professores nas quatro turmas, para uniformizar ao máximo a formação dos alunos. Cada turma terá, portanto, quatro aulas com cada conjunto de professores: Sérgio Scheer DCC Regina Kishi e André Fabiani DHS Wilson Bettega DTT Júlio Gomes Coordenação 2 1

2 Esquema da Disciplina Cada parte versará sobre as atividades relativas ao curso e à universidade (coordenação) e características de cada área da Engenharia Civil (DCC, DTT e DHS). A professora Regina Kishi falará sobre a parte de Saneamento, Meio Ambiente e Hidrologia. Nós aqui falaremos sobre Mecânica dos Fluidos, Hidráulica e Hidrologia e Energia. A avaliação da disciplina será com vários trabalhos: cada parte terá uma pequena avaliação, enquanto que cada turma terá um trabalho longo, a ser apresentado na última aula do semestre. 3 Esquema da Disciplina Na parte do DHS, a avaliação será a solução de um pequeno problema de engenharia para todas as turmas e comporá 20% da nota. As demais partes terão suas avaliações, que comporão cada uma mais 20 % da nota 60% no total. Os 20% restantes serão diferentes para cada turma, com um trabalho de longo prazo. Durante o semestre os professores ficarão à disposição dos alunos depois das aulas para orientação e esclarecimentos adicionais. O tema da avaliação de longo prazo da turma B será apresentado ao final. Às demais turmas este item será apenas apresentado, sem a necessidade de trabalho. 4 2

3 Engenharia A área de engenharia é ampla, com mais de 50 especialidades reconhecidas: Engenheiro de pesca, Engenheiro de minas, Engenheiro Agrônomo, Engenheiro Agrimensor, Engenheiro Eletricista, Engenheiro Mecânico, Engenheiro de Produção, Engenheiro Florestal, ENGENHEIRO CIVIL, e ainda outros mais... 5 O que é ser Engenheiro? Solucionador de problemas Região Metropolitana de Maceió em 05/05/2014!! Mais de um milhão de brasileiros ainda nesta situação!! 6 3

4 Visões de engenheiro Existem duas visões para a palavra engenheiro, ambas ligadas a solucionar problemas, mas de origens distintas: Do inglês engineer que é utilizado também para maquinista (de trem). É um desenvolvedor e aplicador prático de conceitos ligado a engenharia; e Do francês génie que tem a ver com pensamento, intelecto, engenhosidade. Assim, as escolas inglesa e alemã são mais práticas, enquanto a escola francesa é mais teórica, com conceituação matemática mais elaborada. Isto na origem, hoje em dia são todas muito próximas. 7 Engenharia Civil É uma grande área da especialidade, basicamente referente a construções de edifícios, estradas, pontes, barragens. A Engenharia Civil encarrega-se de obras. As demais engenharias se especializaram em equipamentos ou processos. Assim: O engenheiro naval faz o barco, mas o civil faz o porto; O engenheiro mecânico faz o carro, mas o civil faz a estrada; O engenheiro eletricista realiza a geração de energia, mas o engenheiro civil constrói a usina e as linhas de transmissão; O engenheiro de produção monta e opera uma fábrica, mas a sua construção fica a cargo de um engenheiro civil. 8 4

5 Engenharia Civil Ou seja, o engenheiro civil tem uma grande interface com as demais áreas da engenharia. E hoje em dia, muitas delas também tem uma interface forte entre elas, graças à informática. Os grandes projetos de infraestrutura são normalmente gerenciados por engenheiros civis, pois eles tem uma visão mais abrangente dos relacionamentos. 9 Áreas da Engenharia Civil Podemos dividir a engenharia civil em três grandes áreas de atuação, com algumas subáreas: Construção Civil: materiais de construção, estruturas de edifícios, grandes construções; Transportes: logística, estradas de ferro e de rodagem, portos; Hidráulica e Saneamento: meio ambiente, saneamento, drenagem, energia, obras hidráulicas e hidrologia; Vamos nos concentrar na parte final da lista acima 10 5

6 Hidrologia Estuda a água em seu ciclo pela natureza. Ciclo Hidrológico 11 Hidrologia Dos etapas do ciclo hidrológico onde todas são importantes as que nos afetam mais diretamente são a evaporação, a precipitação e o escoamento. Como outros exemplos: aos geotécnicos interessa a infiltração e o escoamento subterrâneo; aos agrônomos interessa, ainda, o armazenamento subterrâneo a transpiração. Este ciclo é variável e fortemente vinculado ao clima, geografia e às estações do ano. E está em forte mutação atualmente! 12 6

7 Hidrologia Esta parte do conhecimento é muito ligada à geografia e à estatística, pois a previsão das chuvas e do escoamento estão ligados a um risco de falha. 13 Hidrologia Baseado nos estudos gerais do ciclo hidrológico e, mais fortemente, na variação das chuvas, a hidrologia estuda o risco de termos chuvas e, portanto vazões, menores que um determinado valor, ou maiores que um determinado valor. Desta forma, baseado em estatísticas de eventos já ocorridos de chuva, ou associação com locais vizinhos ou semelhantes, é possível se determinar valores para dois campos distintos: As vazões mínimas são associadas a abastecimento de água e geração de energia (normalmente associadas à finalidade em si da estrutura); e As vazões máximas são associadas às obras de captação e condução das águas e proteção de regiões (normalmente associadas à segurança da estrutura). 14 7

8 Hidrologia Conduz a valores possíveis de serem retirados de um rio em uma seca, seja para abastecer de água ou de energia, ou a valores elevados para dimensionamento seguro de obras. Associa a noção de risco por exemplo, tem-se ouvido falar que o risco de falha do sistema elétrico (apagão) é de 5% a um tempo de recorrência T R. Assim ao risco anterior se associa um T R de 20 anos, pois: T R = 1 r = 1 = Assim, para um risco de 5% por ano, espera-se estatisticamente que ocorra um evento de falha em 20 anos (tudo analisado no mesmo horizonte temporal). Essa noção é extrapolada para diversos valores. Valores de vazão de projeto são associadas ao risco, pois não é possível ter uma obra 100% segura, principalmente em se tratando de grandes áreas e eventos naturais. 15 Drenagem urbana As águas de chuva devem ser conduzidas rapidamente a vias de grande capacidade, ou deixadas para infiltrar em áreas seguras. 16 8

9 Drenagem urbana Vulnerabilidade 17 Drenagem Manutenção de pequenas obras Drenagem em estradas 18 9

10 Telhados 19 Abastecimento de água Após definida a necessidade de água de uma população e a disponibilidade hídrica do local, podemos realizar obras de captação, tratamento, armazenamento e distribuição dessa água. No caso de energia, em princípio apenas armazenamos a água

11 Abastecimento de água Armazenamento e tratamento de água 21 Condutos Instalações prediais Adutora 22 11

12 Coleta de água de chuva Extremo da descentralização da captação, armazenamento e utilização de água Não serve para consumo humano, apenas para outros fins, pois não tem análise ou tratamento 23 Reservatório do Cantareira 24 12

13 Energia A energia possui várias fontes. Suas pontes primárias normalmente são: energias em movimento (fluidos ou calor). Basicamente temos: Hidroeletricidade; Eólica; Solar; Petróleo e carvão; Nuclear; Resíduos; Outros. 25 Energia O Brasil possui uma matriz elétrica fortemente hidráulica; Praticamente único no mundo (junto com Canadá e Noruega). Muitos países tem muita energia hidráulica, mas proporcionalmente petróleo é mais forte nos Estados Unidos, carvão é forte na China e nuclear é forte na França. A Europa, principalmente a Alemanha, está tentando mudar para renováveis eólica mas é um processo lento e caro

14 Energia 27 Energia Elétrica Divisão apenas da parte elétrica 28 14

15 Energia Hidráulica Itaipu, MW 29 Vertedouro de Itaipu 30 15

16 Vertedouro de Itaipu durante a construção 31 Energia 32 16

17 Energia Itaipu 33 Barragens 34 17

18 Energia Pequenas Centrais Hidrelétricas 35 Energia Pequenas Centrais Hidrelétricas Escada de peixes 36 18

19 Barragens Fechamento de rios etapa de construção 37 Vídeo de construções de usinas

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21 41 Usina de Irapé 42 21

22 Barragens e eclusas 43 Elevador de barcos Falkirk Wheel, Escócia 44 22

23 Cruzamento de Hidrovia 45 Energia Termoelétrica Usina termoelétrica a gás (Araucária, 500 MW) 46 23

24 Energia Usina Nuclear, MW 47 Usina nuclear Arranjo geral, com destaque para a parte de descarga da refrigeração 48 24

25 Usina nuclear 49 Usina Eólica No Ceará No Paraná 50 25

26 Energia Eólica Na Alemanha 51 Na Alemanha No Reino Unido 52 26

27 Canais Aquedutos antigos 53 Canal de drenagem Obra com gabiões, pela Maccaferri, em Vinhedo SP

28 Transposição do São Francisco 55 Transposição do São Francisco 56 28

29 Conjunto de obras Usina de Traição, canais e pontes em São Paulo 57 29