OpenLLM-France/wikimedia huggingface dataset:
# Mecânica dos fluidos/Medidores térmicos
## Medidores térmicos
### Elemento primário

Nesses medidores, o fluido é aquecido eletricamente, e o fluxo provoca uma alteração no perfil de temperaturas que depende da vazão mássica de fluido. Geralmente usam uma ponte de Wheatstone (mostrada abaixo), com o voltímetro sendo substituído por um amplificador diferencial. A ponte está equilibrada se Se R$_1$ · R$_3$ = R$_x$ · R$_2$.
Nos medidores usados em fluxos laminares, os resistores R$_1$ e R$_2$ são fixos e os demais são imersos no fluxo, sendo R$_3$ a montante e R$_x$ a jusante do aquecedor. O fluxo faz com que a temperatura em R$_3$ seja diferente da temperatura em R$_x$, o que resulta em R$_3$ ≠ R$_x$, devido à influência da temperatura na resistência elétrica do material, e a ponte se desequilibra, aparecendo uma tensão na entrada do amplificador diferencial. Uma escolha cuidadosa dos materiais permite a obtenção de um sinal linearmente proporcional à vazão mássica.
Uma alternativa a permitir que a temperatura varie é usar um sistema de regulação para manter a temperatura constante e medir a potência consumida pelo sensor, que será proporcional à vazão mássica do fluido.
Esses medidores oferecem boa exatidão (1% a 0,5% do fundo de escala), mas só pode ser usado em substâncias cujo calor específico a pressão constante seja fixo e conhecido, e limpos de detritos que poderiam atrapalhar a condução de calor através das paredes da tubulação. Os medidores são normalmente usados para gases, sendo que, para vazões maiores que alguns g/h, é preciso colocar o medidor em um tubo auxiliar, paralelo. Já existem medidores cujos sensores podem ser limpos sem necessidade de parada e remoção.
Para fluxos turbulentos em tubulações, o comum é manter R$_3$ fora do fluxo e apenas R$_x$ inserido, por meio de uma sonda. Para tubulações muito largas, são usados vários grupos de medição inseridos através de sondas, cada grupo consistindo em um aquecedor, uma massa metálica distante alguns milímetros, R$_3$ próximo ao aquecedor e R$_x$ próximo à massa metálica; a diferença de temperatura entre os resistores será função da convecção e da dissipação de calor devida à vazão de fluido, mas a função não será linear, exigindo a implementação de conversões complexas no transmissor de vazão.
Para gases em laboratório, existe o anemômetro a fio quente, que conta com um ou dois filamentos aquecidos inseridos no fluxo. Esses filamentos são os resistores R$_3$ e R$_x$ da figura.
Os medidores de vazão térmicos são mais usados para gases limpos em vazões baixas, como em dutos de exaustão; podem também trabalhar com líquidos. Oferecem alta rangeabilidade (100:1) e razoável exatidão (5% a 1% do fundo de escala).
# Mecânica dos fluidos/Medidores ultrassônicos
## Medidores ultrassônicos

Nesses medidores, cristais piezoelétricos produzem ultrassom na faixa de dezenas a centenas de kHz, enviam-no na direção oblíqua ao fluxo e também recebem o ultrassom emitido por outro cristal ou refletido pelo fluido, convertendo-o em sinal elétrico, como mostra a figura abaixo.
O medidor de vazão a efeito Doppler mede a frequência da onda que volta ao cristal, após ser refletida por uma partícula ou bolha imersa no fluxo. Essa frequência será maior ou menor que a original, dependendo da velocidade da partícula na direção do fluxo.
$\Delta f\;=\;k\;v$
O medidor de vazão a tempo de trânsito mede o tempo que a onda mecânica leva para ir de um cristal a outro. O outro cristal pode ser colocado do outro lado do tubo ou no mesmo lado, recebendo o sinal após uma reflexão na parede oposta. O tempo de trânsito é inversamente proporcional à velocidade resultante
$t_{1}\;=\;{\frac {L}{v_{s}\;-\;v\;cos\theta }}\qquad t_{2}\;=\;{\frac {L}{v_{s}\;+\;v\;cos\theta }}\Rightarrow \;\;\;v\;=\;{\frac {L}{2cos\theta }}\left({\frac {1}{t_{2}}}\;-\;{\frac {1}{t_{1}}}\right)$
onde v$_s$ é a velocidade do som naquele fluido, e Θ é o ângulo entre o feixe ultrassônico e o escoamento. O medidor a tempo de trânsito é mais usado para líquidos limpos ou moderadamente sujos, por ser mais preciso.
Entre as vantagens do medidor ultrassônico, encontram-se o fato de poder operar com líquidos ou gases; medir a vazão de forma não intrusiva; a alta durabilidade, por não possuir partes móveis; a boa precisão (1 a 0.3 % do fundo de escala); a boa rangeabilidade (10:1); a capacidade de medir a vazão em ambos os sentidos; a capacidade de trabalhar com fluidos sujos ou gases úmidos; a possibilidade de troca de sensores sem necessidade de parada para manutenção; a capacidade de trabalhar em amplas faixas de temperatura e pressão; e a capacidade de medir vazão em dutos muito largos (mais de 100 m). Potencialmente, esse medidor pode dispensar calibração dinâmica.
Como desvantagens, podem ser citadas: o custo relativamente elevado; a necessidade de o fluido ser uma substância pura; e o fato de requerer longos trechos retos (10L a montante e 5L a jusante), com o uso de condicionador de escoamento sendo recomendável.
A AGA report n° 9 é um exemplo de norma internacional que regula medidores ultrassônicos a tempo de trânsito.
# Mecânica dos fluidos/Medidores magnéticos
## Medidores magnéticos

Esses medidores medem a vazão de um líquido condutor de eletricidade, com base na Lei de Faraday. O instrumento gera um campo magnético de densidade de fluxo B$_m$, transversal ao fluxo, fazendo com que apareça uma força eletromotriz ε entre dois pontos localizados a uma distância L ao longo do fluxo dada por
$\epsilon \;=\;\rho _{e}B_{m}\;L\;v$
onde v é a velocidade do fluxo e ρ$_e$ é a condutividade elétrica do fluido.
A ordem de grandeza típica é da ordem de microvolts, o que torna necessário um elemento secundário muito sensível e com elevada imunidade a ruído eletromagnético. Outra desvantagem é que alguns fluidos importantes, como gases e hidrocarbonetos, por terem baixa condutividade, não podem ter a sua vazão medida por meio desse medidor: exige-se que a condutividade seja superior a 0,5 mS/cm. Além disso, a velocidade muito baixa (abaixo de 0,3 m/s) também faz com que o sinal gerado seja muito fraco para ser usado em aplicações reais.
Por outro lado, a medição é independente da pressão, da temperatura, da viscosidade e da densidade, o que permite o seu uso em amplas faixas de operação. Outras vantagens são a boa exatidão (0,5% do fundo de escala), a alta rangeabilidade (10:1), a possibilidade de medição bidirecional (ou seja, velocidades negativas) e a exigência de um trecho reto relativamente curto (tipicamente, 8·L).
# Mecânica dos fluidos/Medidores em canais abertos
## Medidores em canais abertos
### Elemento primário

Esses medidores só são apropriados para medida de vazão de líquidos em um canal aberto. Fundamentam-se na equação de Bernoulli, mas a pressão neste caso é constante e o que varia é a altura da superfície livre, ou seja, a variável secundária é um nível. No medidor de vertedouro, uma placa vertical é inserida no fluxo, de modo a forçar uma variação do nível no ponto. A placa pode ter formas variadas, bem como o perfil do canal; essas geometrias especiais têm o objetivo de simplificar a relação entre o nível e a vazão a ser calculada. No medidor de calhas, a placa é substituída por uma calha que estreita a seção e/ou diminui a profundidade do canal e, portanto, acelera o fluxo, provocando a elevação do nível. As calhas podem ter formatos diversos, sendo muito usadas a calha Parshall e a calha de Palmer-Bowlus. As relações entre o nível e a vazão são tabeladas em normas específicas.
Os medidores em canais abertos são baratos mas apresentam precisão pobre (pior que 5% do fundo de escala), por isso são usados primariamente em estações de tratamento de água e de efluentes. Os medidores de vertedouro possuem a desvantagem adicional de inserir perda de carga no circuito e de represar detritos presentes no fluido.

### Elemento secundário

A medição de nível pode ser feita de diversas maneiras. Com os medidores de vertedouro, podem ser empregados medidores de nível (por bóia, capacitivo, resistivo, por pressão diferencial, ultrassônico, etc.), ou através da construção de um poço lateral, comunicando-se com o canal através de pequenos orifícios. O princípio dos vazos comunicantes garante que o nível no poço e no canal será o mesmo. Com os medidores de calha, podem ser empregados medidores de nível capacitivo, resistivo, por pressão diferencial e ultrassônico.

### Transmissor de vazão

O transmissor neste caso deverá converter o valor do nível medido em vazão, o que envolve a aplicação da equação de Bernoulli e a integração ao longo do tempo.
# Mecânica dos fluidos/Medidores tipo turbina
## Medidores tipo turbina
### Elemento primário

Nesses medidores, o elemento primário é uma turbina que é inserida no fluxo, e cuja velocidade angular dá a medida da vazão. Existem modelos diferentes de turbinas, conforme o fluido a medir for um líquido ou um gás, e também conforme a sua viscosidade. Alguns tipos, como as miniturbinas de inserção, tipo roda d'água ou axial, podem ser instaladas sem necessidade de interromper-se o fluxo para manutenção da tubulação.
Como as turbinas são girantes, apresentam desgaste mecânico e requerem calibração periódica. Em geral, turbinas para gases são construídas de forma a girar mais rápido, por isso são mais frágeis e requerem mais manutenção que as turbinas para medida de vazão de líquidos. Normalmente, as turbinas para gases precisam também de um sistema de lubrificação, que é dispensado pelas turbinas construídas para líquidos.
A norma internacional ISO 9951 regulamenta as turbinas para gases. No caso dos hidrocarbonetos líquidos, é muito usada a norma API MPMS 5/3. A norma AGA7 prevê o uso de turbinas com dois rotores, para detecção de desvios que requeiram recalibração.
Os hidrômetros, usados na medida de consumo de água em residências, são medidores tipo turbina. Outros tipos em uso na indústria são a turbina Woltman e a roda de Pelton. Outro instrumento que usa esse princípio de funcionamento é a chamada bobina de imersão (ou bobina pick-up), que consiste de um tubo inserido perpendicularmente no fluxo, com um elemento rotor na ponta, elemento este similar a uma turbina para água.
Esses medidores apresentam como desvantagens: o custo relativamente elevado; a incapacidade de medir variações bruscas de vazão, devido à inércia do rotor; o fato de requerer trechos retos a montante e a jusante, e ainda, frequentemente, condicionador de escoamento; e o fato de não se aplicar a fluidos com partículas em suspensão. Como vantagens, podem-se listar a boa precisão (1% do fundo de escala), a pequena perda de carga imposta ao escoamento e a rangeabilidade razoável (10:1).

### Elemento secundário

O mais comum é que um sensor de proximidade posicionado no rotor da turbina gere pulsos a cada passagem de um dente ou uma pá, e esses pulsos sejam enviados ao elemento terciário (computador de vazão) para cômputo da velocidade de rotação e, por conseguinte, da vazão. Também pode-se adaptar ímãs permanentes ao rotor e usar um sensor magnético para a geração desses pulsos. Pode-se ainda enrolar uma bobina em torno do rotor munido de ímãs permanentes, e medir a corrente elétrica induzida pela rotação do rotor. Finalmente, pode-se também utilizar um sensor por Efeito Hall no lugar dessa bobina.
Na medida de vazão de gases, sensores adicionais são necessários para medição dos valores da temperatura e da pressão, que devem ser usados na fórmula de conversão.
# Mecânica dos fluidos/O tubo de Pitot
## O tubo de Pitot
### Pressão dinâmica e pressão de estagnação

A partir da equação de Bernoulli, podemos escrever
$\rho {\frac {v^{2}}{2}}\;+\;p\;+\;\rho gz\;=\;constante\Rightarrow \;\;\;\rho {\frac {v_{0}^{2}}{2}}\;+\;p_{0}\;+\;\rho gz_{0}\;=\;\rho {\frac {v^{2}}{2}}\;+\;p\;+\;\rho gz$
Fazendo z = z$_0$ e v$_0$ = 0,
$p_{0}\;=\;p\;+\;\rho {\frac {v^{2}}{2}}$
p$_0$ é a pressão nos pontos onde a velocidade do fluido é nula. Essa pressão é chamada de pressão de estagnação do fluxo. O termo $\rho {\frac {v^{2}}{2}}$ é chamado de pressão dinâmica do fluxo. A pressão termodinâmica (p) é também chamada de pressão estática nesse caso.
Para ilustração dos conceitos, suponhamos que uma pessoa coloca a palma da mão contra o vento, p, a pressão estática, equivale à pressão atmosférica; a pressão no centro da palma é a pressão de estagnação $\left(p\;+\;\rho {\frac {v^{2}}{2}}\right)$ nesse caso. A pressão sentida pela pessoa na palma da mão é a pressão dinâmica, pois nas costas da mão atua a pressão atmosférica em sentido contrário (- p).

### Medição da velocidade do fluxo

A velocidade do fluxo pode ser obtida a partir das pressões
$v\;=\;{\sqrt {\frac {2(p_{0}\;-\;p)}{\rho }}}$
O tubo de Pitot é um dispositivo que mede ao mesmo tempo a pressão estática p e a pressão de estagnação p$_0$, de forma a permitir o cálculo da velocidade do fluxo. Ele combina duas sondas, como mostra o diagrama abaixo. A pressão de estagnação é medida no ponto 2 (na ilustração, por meio da elevação de uma coluna de água). A pressão estática é medida por meio de furos na superfície exterior do tubo (não mostrados no diagrama). Assume-se que a pressão estática p não varie ao longo do instrumento. Os pontos 1 e 2 devem ficar distantes o suficiente para que o tubo não perturbe demais o fluxo. É importante lembrar que as linhas de corrente precisam ser linhas retas para que não haja alterações em p ao longo do fluxo.
Por ser baseado na equação de Bernoulli, o tubo de Pitot só funciona com fluidos incompressíveis e com viscosidade nula. No entanto, a velocidades baixas (Mach < 0,3 ≈ 100 m/s ≈ 360 km/h), o ar rarefeito a elevadas altitudes pode ser aproximado por esse modelo. Assim, o tubo de Pitot é muito usado para medir a velocidade de aviões.
# Mecânica dos fluidos/Outros fenômenos importantes
## Outros fenômenos importantes
### Cavitação

A cavitação é um fenômeno que ocorre em um líquido quando a velocidade de escoamento é tão elevada que a pressão cai abaixo da pressão de vapor, o que provoca vaporização e o consequente aparecimento de bolhas no interior do fluxo. Essas bolhas implodem assim que a velocidade do escoamento cai e a pressão aumenta, o que faz com que o líquido circundante seja violentamente agitado, gerando-se ondas de choque que podem provocar danos microscópicos em objetos próximos. Esses danos, ao longo do tempo, podem atingir dimensões consideráveis, por isso a cavitação é, em geral, uma ocorrência indesejável.
Além dos danos físicos, a cavitação provoca outros efeitos indesejáveis, como ruído e vibração na tubulação.

### Separação do fluxo

Os fluidos em geral sempre escoam em contato com superfícies sólidas. Em diversas situações, contudo, esse contato pode se perder. Nesses casos, diz-se que houve separação do fluxo.
Por exemplo, no escoamento de ar em torno de um objeto, a velocidade das partículas de fluido que estão em contato com a superfície desse objeto vai decrescendo, devido ao aumento da pressão, até atingir um valor nulo; nesse ponto, chamado ponto de separação, as partículas não conseguem mais manter contato com a superfície. O fluxo após o ponto de separação tem a forma de vórtices, uma vez que a velocidade média é zero. A diferença de pressão entre as partes anterior e posterior do objeto atua no sentido contrário ao escoamento e é tanto maior quanto mais cedo ocorre a separação do fluxo, por isso o projeto aerodinâmico procura fazer com que o ponto de separação esteja o mais distante possível.
O ponto de separação fica mais distante no caso de escoamento turbulento do que no caso de escoamento laminar. É por isso que são introduzidos alguns artefatos para turbilhonar o ar em torno de objetos que se deseja tornar mais aerodinâmicos, como asas de avião e bolas de golfe.

### Vena contracta

A vena contracta é um estreitamento das linhas de corrente de um fluido após uma redução súbita da largura do canal de escoamento. Ele foi descrito primeiramente por Torricelli em 1643, e acontece porque o fluxo não pode mudar de direção tão rapidamente a ponto de preencher todo o espaço disponível, o que resulta em separação interna de fluxo no local.
O coeficiente de contração é definido como a razão entre a área do fluxo não contraído e a área do fluxo no ponto de maior estreitamento. Seu valor está entre 1 e 0.5. O valor é tanto menor (isto é, correspondente a maior contração) quanto mais côncavo for o orifício.
# Mecânica dos fluidos/Medidores ópticos
## Medidores ópticos

Os medidores ópticos usam feixes de luz para medir a velocidade de um fluxo. O fluido pode ser um líquido ou um gás, mas precisa ser transparente. Injetam-se fumaça de incenso, fumaça de tabaco ou partículas muito pequenas (da ordem do micrômetro) de zircônio ou óxido de titânio no fluido, de forma a permitir a identificação de partículas imersas no fluxo. Podem-se usar fotodetetores ou câmaras de vídeo inteligentes para medição automática da velocidade.
O medidor óptico mais antigo, e ainda usado, é o anemômetro a laser. Esse medidor pode ser usado de diversas maneiras. A mais simples consiste em medir o tempo que uma partícula leva para atravessar dois feixes de laser separados por uma distância fixa L. Nesse caso, obtém-se uma exatidão mediana (5% a 2,5% do fundo de escala) e rangeabilidade muito elevada (1000:1).
Outra maneira é fazer dois feixes de laser, oriundos da mesma fonte, cruzarem-se no caminho do fluxo, produzindo um padrão de franjas de interferência. Partículas no interior do fluxo são iluminadas pelas franjas de interferência, e sua velocidade pode ser medida a partir do número de franjas atravessadas na unidade de tempo, uma vez que a distância entre as franjas é constante e dada pela fórmula
$L\;=\;{\frac {\lambda }{2n\;\sin {\frac {\theta }{2}}}}$
onde n o índice de refração do fluido, Θ o ângulo formado pelos feixes e λ, o comprimento de onda do laser.
Outra maneira de usar o anemômetro a laser é medir o comprimento de onda da luz refletida por uma partícula que atravesse o feixe de luz, que depende da sua velocidade devido ao efeito Doppler. Existem ainda muitos outros métodos que vem sendo explorados pelos pesquisadores.
Os medidores ópticos são usados principalmente em laboratório, para medida de vazão de ar ou gases aquecidos. Eles podem ter uma resolução espacial elevada, sendo capazes de medir a velocidade em diferentes pontos da seção do fluxo, em lugar de apresentar uma média dos valores na seção inteira, como faz a maioria dos medidores.
# Engenharia sanitária/Gradagem

A gradagem é um processo de tratamento de águas residuais brutas e tem por objetivo a remoção de sólidos grosseiros à entrada de uma Estação de águas Residuais.
A remoção dos sólidos grosseiros tem as seguintes finalidades:
* Proteção de dispositivos de transporte e tratamento a jusante;
* Eliminação de sólidos grosseiros nos meios receptores (sólidos grosseiros flutuantes);
* Aumento da eficiência de tratamento do sistema, pela eliminação inicial de matéria orgânica.
# Engenharia sanitária/Lagunagem

Podemos definir o processo de lagunagem como um tratamento biológico de águas residuais baseado num desenvolvimento simbiótico de algas e bactérias à custa da degradação da matéria orgânica.
* Vantagens :
** Menores custos de investimento e exploração.
** Poder de suporte de fortes variações de carga orgânica e pH.
** Elevado coeficiente de troca de calor com a atmosfera (importante em casos de poluição térmica).
** Grandes percentagens de remoção de CBO5 e SST (exceto biomassa algal).
* Inconvenientes :
** Sensibilidade às baixas temperaturas.
** Necessidade de grandes superfícies de terreno;
** Possível desenvolvimento de maus cheiros.
Classificação quanto à posição da lagoa na linha de tratamento:
* Primárias;
* Secundárias.
Classificação quanto aos níveis de oxigênio:
* Aeróbias (0,3 a 0,5m);
* Anaeróbias (3m a 4 m);
* Facultativas (0,9m a 2,4m);
* Arejadas (oxigenação forçada);
* Maturação (macrófitas ou micrófitas).
Classificação quanto à forma de arejamento:
* Lagoa calma
* Lagoa arejada
* Lagoa anaeróbia
# Engenharia sanitária/Lamas ativadas

As lamas ativadas são um processo pelo qual se tentou fazer a purificação da água pelo simples arejamento da mesma. Foi observado que ao fim de um arejamento prolongado começaram a aparecer comunidades (flocos) de pequenos microrganismos que decantavam no tanque após interrupção do arejamento. Quando novo esgoto foi adicionado e o processo reativado, verificou-se que o processo de purificação realizou-se a uma taxa muito superior.
No essencial podemos dizer que as lamas ativados são um processo acelerado de autodepuração tal como acontece na natureza. As condições e os processos são semelhantes, só as concentrações de microrganismos e a sua densidade no floco é muito superior. A superfície específica dos flocos é de 2.000 a 10.000 m² por m³ de volume arejado.
As lamas ativadas correspondem a um processo de biomassa suspensa. Neste processo é mantida uma concentração adequada de biomassa em suspensão e sujeita a um arejamento que pode ser mecânico ou pneumático (é adicionado ar ou oxigênio puro [O2] ao processo em forma de bolhas). O arejamento serve não só para garantir a concentração de oxigênio [O2] (2,0 mg/L) desejada como também para impedir a decantação da biomassa no tanque de arejamento.
Quando as concentrações de microorganismos ideais são atingidas verificamos a presença de um licor de cor acastanhada que designamos por Mixed Liquor Volatil Solid Suspended (MLVSS). esta concentração é garantida através da recirculação das lamas secundárias recolhidas no fundo do decantador secundário.
Um processo biológico de biomassa suspensa tem por objetivo transformar matéria solúvel em matéria decantável. Face ao exposto têm de ser criadas condições para que a decantação se processe, existem diversos parâmetros que nos dizem se podemos ou não ter capacidade de decantação num determinado MLVSS ou ainda da performance do processo.
# Engenharia sanitária/Reservatórios
### Definição e Finalidades

Os reservatórios são unidades hidráulicas de acumulação e passagem de água situados em pontos estratégicos do sistema de modo a atenderem as seguintes situações:
* garantia da quantidade de água (demandas de equilíbrio, de emergência e de anti-incêndio).
* garantia de adução com vazão e altura manométrica constantes.
* menores diâmetros no sistema.
* melhores condições de pressão.

### Classificação

De acordo com a localização no terreno:
* enterrado (quando completamente embutido no terreno).
* semi-enterrado ou semi-apoiado(altura líquida com uma parte abaixo do nível do terreno.
* apoiado (laje de fundo apoiada no terreno).
* elevado (reservatório apoiado em estruturas de elevação).
* stand pipe (reservatório elevado com a estrutura de elevação embutida de modo a manter contínua o perímetro da seção transversal da edificação).
# Engenharia sanitária/Glossário de termos de engenharia sanitária
## A

* Aeróbio - processo biológico que é realizado na presença de oxigênio livre.
* Anaeróbio - processo biológico que é realizado na ausência de oxigênio livre (ex: dióxido de carbono, compostos de enxofre). Apresenta muito menor rendimento energético que o seu equivalente aeróbio.

## D

* Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) - Medida da quantidade de oxigênio consumido no processo biológico de oxidação da matéria orgânica na água. Medida indireta da concentração do material biologicamente degradável presente em resíduos orgânicos.

## T

* Tanque - reservatório circular ou retangular em superfície livre.
* Tanque Imhoff - Sistema de tratamento compacto de águas residuais desenvolvido por Karl Imhoff composto por duas câmaras sobrepostas. A superior de sedimentação e a inferior de digestão anaeróbia de lamas.
# Engenharia sanitária/Redes de abastecimento de água

No desenho de uma rede de abastecimento de água devemos primeiro considerar o material a utilizar. Atualmente no mercado temos disponíveis três grupos de materiais;
* Metálicos
* Plásticos
* Híbridos
No grupo dos metálicos tradicionalmente usa-se o aço carbono, aço galvanizado, aço inoxidável ou o cobre, o chumbo muito utilizado anteriormente é venenoso e por isso proibida a sua utilização.