STT507-Canal de Escoamento Hidráulico

Um novo conceito em equipamentos educacionais 1

Sttylus Equipamentos Educacionais

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STT507 CANAL DE ESCOAMENTO HIDRULICO

MANUAL DE UTILIZAO

Porto Alegre, 2014




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SUMRIO

1 Apresentao do equipamento ................................................................................... 3

2 Descrio do equipamento e acessrios .................................................................... 3

3 Procedimentos gerais para utilizao do equipamento ..............................................10

4 Montagens prticas sugeridas ...................................................................................11

4.1 Medida de presso com manmetro de coluna de fludo. .......................................12

4.2 Medida de nvel dgua com limnmetro .................................................................14

4.3 Medida de vazo com placa de orifcio ...................................................................16

4.4 Medida de vazo com vertedor de parede delgada ................................................19

4.5 Medida de vazo com vertedor com contrao lateral ............................................21

4.6 Medida de vazo por pitometria .............................................................................23

4.7 Curva caracterstica presso x vazo da bomba hidrulica ....................................25

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................27




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1 Apresentao do equipamento

A Calha de Escoamento Hidrulico um equipamento desenvolvido para apoiar

as atividades de ensino dos contedos que tratam do escoamento de fludos em

condutos abertos, permitindo que vrios fenmenos da hidrulica possam ser

observados e discutidos. desta forma um importante subsdio que vem a facilitar

a compreenso e o aprendizado tornando a atividade de ensino mais dinmica

permitindo a visualizao dos fenmenos de difcil detalhamento terico.

A transparncia da calha de escoamento, bem como sendo a gua o fluido de

trabalho, permite a visualizao clara do escoamento, contudo a presena de

pequenas partculas junto ao fludo possivelmente criadas pela oxidao das

partes metlicas da bomba ou do reservatrio auxiliam a visualizao mais

detalhada dos fenmenos hidrulicos.

2 Descrio do equipamento e acessrios

A Calha de Escoamento Hidrulico consta basicamente de um canal, construdo

em material transparente, como parte de um circuito hidrulico fechado,

alimentado por uma bomba hidrulica a partir de um reservatrio. A vazo da

bomba controlada pela abertura do registro existente tubulao de aduo. A

inclinao do equipamento longitudinal do canal pode ser realizada por meio da

manipulao do sistema hidrulico em uma das extremidades da bancada de

sustentao.

O canal transparente a principal seo de ensaios, e nele so utilizados os

acessrios que acompanham o equipamento.




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Caractersticas tcnicas e acessrios que acompanham o

equipamento:

Para a montagem das diversas aulas praticas o equipamento fornecido com as

seguintes Caractersticas. Suas dimenses mximas do equipamento so 3800 mm x

1800 mm x 650mm. Construdo com materiais resistentes e nobres, tais como Acrlico,

Ao Inox, Polipropileno, Ao carbono, Lato, Bronze, Pvc e pintura eletrosttica.

Conjunto Manmetro e Piezmetro

Confeccionado em chapa de ao, pintura eletrosttica e dimenses de 500mm x

400mm x2000mm composto de :

2 (dois) Manmetros diferenciais de tubo em U

2 (dois) Piezmetros, para medidas diferenciais

1 (uma) Cmara de presso em ao Inoxidvel

3 (trs) Conjunto vlvulas em Lato e Polipropileno

1 (uma) Bomba para cmara de presso

3 (trs) Escalas de 70mm x 1500mm

9 (nove) Fixadores em acrlico

Parafusos Allen em inox

Conjunto Manmetro/Piezmetro

Conjunto Canal




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1 (um) Canal em acrlico cristal 10mm (espessura), com 3000mm (comprimento)x

100mm (profundidade) x 300mm (altura)

1 (uma) Caixa adutora

1 (uma) Caixa abdutora

1 (um) Limnmetro, para medida do nvel da superfcie lquida.

1 (um) Tubo de Pitot

1 (um) Medidor de vazo do tipo orifcio

1 (um) Vertedor.

1 (um) Vertedor, com contratao lateral.

1 (um) Vertedor de parede expressa, (ou ressalto de fundo).

4 (quatro) Mangueiras para ligao das tomadas de presso.

1 (uma) Comporta de fundo

Tubulao de 2 em PVC

2 Vlvulas esfera 2 em Inox ( superior ao PVC)

1 Vlvula gaveta 2 em Bronze ( superior ao PVC)




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Conjunto canal, caixa adutora e abdutora

Conjunto Liminimetro

Conjunto Tubo de Pitot

Placa de Orifcio




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Vertedor com contrao lateral

Comporta de Fundo

Conjunto de bombeamento:

1 (uma) Bomba Centrfica multiestgios 2 cv em inox

1 (uma) Caixa 1000mm x 600mm x600mm em inox com capacidade para

360 litros.




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Painel de comando:

1 Caixa de comando

1 Contatora compatvel com o sistema

1 Rel trmico compatvel com o sistema

1 botoeira liga/desliga

1 led indicador de tenso

1 chave de emergncia




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3 Procedimentos gerais para utilizao do equipamento

1- Colocar o equipamento sobre superfcie plana e nivelada;

2- Verificar a tenso eltrica do equipamento e da rede de alimentao; caso

sejam diferentes proceder as modificaes necessrias;

3- Somente ligue o equipamento aps o mesmo ser aterrado para garantir a

segurana dos usurios e prevenir acidentes.

4- Caso seja necessrio a utilizao de ampliao do comprimento do cabo

de fornecimento de energia ao equipamento este deve ser realizado por

pessoal capacitado.

5- Somente ligar o motor aps a colocao de gua no reservatrio para

evitar a danificao das vedaes da bomba.

6- -Verificar se o registro de regulagem da vazo est totalmente fechado

para que o motor eltrico no seja sobrecarregado,

7- Manipule o registro de regulagem de vazo de forma suave para evitar

golpes devido ao transiente provocado pela mudana brusca da acelerao

do fluido. Este procedimento tambm visa proteger os medidores de

presso.

8- Utilize sempre os estabilizadores da borda superior do canal, sua no

utilizao pode ocasionar a ruptura do mesmo durante a operao.




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4 Montagens prticas sugeridas

A utilizao do equipamento permite a montagem de inmeras prticas

sobre os fenmenos considerados no estudo da mecnica dos fludos, as mais

diversas abordagens podem ser discutidas dependendo do enfoque a ser dados

nos cursos e da imaginao e criatividade.

Algumas montagens prticas so sugeridas a seguir, as quais tm como

objetivo proporcionar um entendimento inicial do funcionamento do equipamento

bem como dos acessrios que acompanham o mesmo.

1. Medida de presso com manmetro de coluna de fludo;

2. Medida de nvel com uso de limnimetro;

3. Medida de vazo com uso de placa de orifcio;

4. Medida de vazo com uso de vertedor parede delgada;

5. Medida de vazo com uso de vertedor com contrao lateral;

6. Medida de vazo por pitometria

7. Curva caracterstica presso x vazo da bomba hidrulica

A descrio das montagens realizada de forma simplificada com vistas a

apresentar o funcionamento do equipamento. Recomenda-se o aprofundamento

terico do assunto atravs da literatura especializada.




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4.1 Medida de presso com manmetro de coluna de fludo.

Montagem: 1

I INTRODUO

O estudo dos fluidos na condio de repouso conhecido pelo nome de

Esttica dos Fluidos ou Hidrosttica e encontra extensa aplicao na rea de

Engenharia Hidrulica, principalmente em obras de armazenamento de gua. Da

mesma forma de grande importncia o conhecimento da presso no interior de

tubulaes e demais estruturas hidrulicas durante o escoamento do fludo. A

ttulo de exemplo podem ser citados: clculo de esforos em barragens,

determinao de foras em tanques de armazenamento, clculos de reaes em

comportas etc. A manometria de coluna de fluido torna-se uma importante

ferramenta para o estudo do comportamento dos fluidos seja em condies

esttica ou dinmica.

II MATERIAIS

- Manmetro de coluna de fludo em U

- Fonte adequada de presso

- Mangueiras

III METODOLOGIA

O manmetro deve ser ligado a uma fonte adequada de presso. Sugere-se

a medida da diferena de presso imposta pela bomba hidrulica realizada

atravs do manmetro de mercrio em uma tomada na tubulao prximo a placa

de orifcio.




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A retirada de todo o ar da tubulao de grande importncia pois, a

presena de ar causa erros na leitura da presso. Na parte da alta presso a

sangria mais fcil, bastando abrir o orifcio de sangria com a bomba ligada.

A carga hidrulica a montante da placa maior que a jusante quando na

condio de escoamento.

IV AVALIAO DOS RESULTADOS

Aps a demonstrao de como preparar o manmetro e como efetuar as

leituras, cada aluno deve efetuar suas medidas, e calcular a presso indicada,

fornecendo-a em duas ou mais unidades de presso.

P1-P2= (F) H




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4.2 Medida de nvel dgua com limnmetro

Montagem: 2

I INTRODUO

A medida do nvel de gua importante para o estudo dos escoamentos em

canais. Como a maioria dos ensaios prticos dever se feita no canal de

experimentos hidrulicos importante o domnio dessa tcnica.

Esta medida realizada com o auxlio de um instrumento denominado

limnmetro. Este nada mais do que uma rgua dotada de um apalpador para

sentir o toque na superfcie. Frequentemente a rgua dotada de um nnio para

aumentar a sua resoluo para dcimos de milmetros.

II MATERIAIS

- Limnmetro;

- Calha de escoamento hidrulico;

- Vertedor de parede delgada;

III METODOLOGIA

As medidas de nvel d'gua so realizadas no canal, utilizando-se um

artifcio para conseguir dois regimes diferentes de escoamento portanto,

diferentes alturas. Isso obtido utilizado o vertedor de parede delgada.

As medidas utilizando o limnmetro sero efetuadas nas duas superfcies em

nveis diferentes.

Como a medida de nvel uma medida relativa, ela depende de um

referencial, que deve ser estabelecido a priori. Sugere-se manter o canal

perfeitamente horizontal e adotar o fundo como referencial. O nivelamento




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conseguido atravs de medidas com o limnmetro, mantendo um volume esttico

no canal. As duas medidas tomadas nas extremidades do canal devem ser iguais.


A diferena de nvel obtida pela subtrao dos valores lidos na rgua do

limnimetro.




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4.3 Medida de vazo com placa de orifcio

Montagem: 3

I INTRODUO

A medida da vazo de fluidos teve um grande impulso com o

desenvolvimento dos medidores de perda de carga varivel. Enquadram-se nesta

classe os medidores de vazo do tipo de orifcio.

Os medidores do tipo de orifcio so instrumentos que provocam uma

restrio na rea de passagem do fludo, provocando um aumento da velocidade.

As alteraes da presso antes e depois da restrio so medidas e sua

diferena fornece uma indicao da vazo. O medidor de vazo de mais simples

construo a placa de orificio, no qual a restrio obtida por um disco com um

orifcio centrado na tubulao que transporta o fluxo. Na figura a seguir

apresentado o esquema de um medidor do tipo placa de orificio.




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II MATERIAIS

-Tubulao com medidor tipo placa de orifcio instalado

- Manmetro de coluna de fludo em U

- Mangueiras

III METODOLOGIA

As tomadas de presso do medidor de vazo devem ser interligadas ao

manmetro de coluna de fluido de forma a medir a presso diferencial a montante

e a jusante da placa de orifcio.

As mangueiras no devem possuir ar no seu interior devendo-se proceder a

"Sangria" das mangueiras e do manmetro. O lado de alta presso mais

facilmente sangrado, desta forma pode-se alternar a posio das mangueiras no

manmetro at conseguir a completa eliminao do ar do sistema.

A mudana de vazo conseguida pela maior abertura do registro principal,

sendo observado o surgimento de diferentes presses diferenciais imposta pela

placa de orifcio.


As equaes a seguir permitem o clculo da vazo:

D

d

32.133*)( 21 ppp

eC

=Qm *p*2*41

14

Onde:




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Qm= vazo mssica (kg/s);

C= coeficiente de descarga = 0.61;

= d/D= (0,5);

= fator de expanso = 0,994 ;

P = Diferena de presso (Pa) ;

P1 = presso na montante da placa (mmHg).;

P2 = presso na jusante da placa (mmHg).;

e = massa especfica do fludo (kg/m).

A operao de calibrao consiste em verificar o valor da vazo para cada

diferena de presso lida no manmetro. Assim para cada vazo estabelecida

pelo registro principal, devem ser medidas a diferenas de presso.




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4.4 Medida de vazo com vertedor de parede delgada

Montagem: 4

I INTRODUO

Os vertedores so dispositivos utilizados para medir a vazo em

escoamento por um canal. So, geralmente, construdos como um obstculo

perpendicular corrente, que eleva o nvel do escoamento montante produzindo

uma lmina lquida sobre ele compatvel com a vazo.

A parte do vertedor que fica em contato com a lmina fluda denominada

soleira ou crista. Nos vertedores de parede delgada o contato da lmina com a

soleira ocorre apenas na aresta frontal.

O vertedor de parede delgada pode ter a largura do canal quando

denominado vertedor sem contrao lateral.

O vertedor retangular de parede delgada sem contrao lateral o mais

utilizado para medidas de vazo de boa qualidade. Ele deve ser instalado em

seo precedida por um trecho retilneo de canal, e o espao sob a lmina lquida

deve ser mantida presso atmosfrica.

II MATERIAIS

- Limnmetro;






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III METODOLOGIA

Para a realizao desta prtica deve ser montado o vertedor de parede

delgada sem contrao lateral prximo ao fim do primeiro tero do canal.

Deve ser utilizada uma mangueirinha plstica para ventilar a rea sob a

lmina lquida, garantindo o uso da equao simplificada de Francis.

Com uso do limnmetro efetua-se a medida da altura da lmina de gua

sobre o vertedor (h) bem como a altura da soleira do vertedor (p).


Para um vertedor de parede delgada sem contrao lateral a vazo pode ser

calculada pela equao:

2/323

2hLgC=Q d

em que:

- Cd o coeficiente de vazo, apresentado por Francis (1905),e pode ser

calculado por:

2

0,2610,615p+h

h+=Cd

em que:

- p a altura da soleira do vertedor.

Quando p/h> 3,5 pode-se utilizar a frmula prtica:

31,838 hL=Q




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4.5 Medida de vazo com vertedor com contrao lateral

Montagem: 5

I INTRODUO

Os vertedores so dispositivos utilizados para controlar e medir a vazo em

escoamento por um canal. So, geralmente, construdos como um obstculo

perpendicular corrente, que eleva o nvel do escoamento montante produzindo

uma lmina lquida sobre ele compatvel com a vazo.

A parte do vertedor que fica em contato com a lmina fluda denominada

soleira ou crista. Nos vertedores de parede delgada o contato da lmina com a

soleira ocorre apenas na aresta frontal.

Se a largura da soleira menor que a do canal ento tem-se um vertedor

com contrao lateral.

II MATERIAIS

- Limnmetro;


- Vertedor com contrao lateral

III METODOLOGIA


delgada com contrao lateral prximo ao fim do segundo tero do canal.

Deve ser utilizada uma mangueirinha plstica para ventilar a rea sob a

lmina lquida, garantindo o uso da equao simplificada de Francis.

A medida da altura de carga dos vertedores realizada atravs do

limnmetro.




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Para contrao lateral a largura da soleira corrigida na equao, em

funo da carga h. Para distncias do bordo vertical da contrao parede do

canal maiores que (4.h) e larguras da soleira maiores que (3.h), a largura da

soleira reduzida de (0,1.h) por contrao. Ento para um vertedor de parede

delgada com duas contraes laterais a equao a ser utilizada :

2/30,21,838 hhL=Q




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4.6 Medida de vazo por pitometria

Montagem: 6

I INTRODUO

O tubo de Pitot um instrumento projetado para medir a velocidade nos

meios fluidos. O tubo de Pitot tem por base terica o escoamento ao redor de um

obstculo. As linhas de corrente contornam o obstculo formando dois fluxos, um

de cada lado do obstculo. Entre estes dois fluxos existe uma linha de separao

AB. Est linha tambm uma linha de corrente que termina no obstculo, em um

ponto no qual a velocidade nula, denominado ponto de estagnao.

II MATERIAIS


- Limnmetro;

- Piezmetro;

- Mangueiras

III METODOLOGIA

Esta prtica utiliza o dispositivo de pitometria que pode ser utilizado ao longo

do canal de ensaios

A tomada de presso do tubo de Pitot e a tomada de presso esttica

correspondente devem ser ligadas a dois piezmetro prximos para a medida da

diferenas de presso entre os dois pontos.




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Devem ser retiradas as medidas necessrias do equipamento que sero

utilizadas na avaliao dos resultados.


H=V 2.g.

AV=Q

onde:

- Q = vazo (m3/s)

- V = velocidade (m/s)

- g = gravidade(m/s)

- A = rea da seo transversal de escoamento do fludo (m2)

- h= desnvel do fluido no piezmetro (m)




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4.7 Curva caracterstica presso x vazo da bomba hidrulica

Montagem: 7

I INTRODUO

Esta montagem prtica tem por finalidade demonstrar a correspondncia da

curva caracterstica apresentada em manuais de bombas hidrulicas centrifugas

e seu comportamento em condies reais de operao em um sistema de

recalque.

II MATERIAIS

- Limnmetro;



- Manmetro de coluna de fludo em U;

- Mangueiras

III METODOLOGIA

Procede-se a instalao do manmetro na tomada de presso a montante

da placa de orifcio, sendo este ponto utilizado para obteno da presso

manomtrica fornecida pela bomba.


delgada sem contrao lateral prximo ao fim do primeiro tero do canal.

Com uso do limnmetro efetua-se a medida da altura da lmina de gua

sobre o vertedor (h) bem como a altura da soleira do vertedor (p). Seguir os

mesmos passos da montagem 4 para determinao da vazo.

Com o registro de controle de vazo fechado aps o acionamento da bomba

efetua-se sua abertura gradual sendo coletados os dados necessrios para o

clculo da vazo e a correspondente presso no manmetro.




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Para um vertedor de parede delgada sem contrao lateral a vazo pode ser

calculada pela equao:

2/323

2hLgC=Q d

em que:

- Cd o coeficiente de vazo, apresentado por Francis (1905),e pode ser

calculado por:

2

0,2610,615p+h

h+=Cd

em que:

- p a altura da soleira do vertedor.

Quando p/h> 3,5 pode-se utilizar a frmula prtica:

31,838 hL=Q

O valor de vazo em conjunto com a correspondente presso fornecida pela

bomba naquele instante possibilitam a plotagem de um ponto no grfico Vazo x

Presso . Assim com vrios pontos possvel obter a curva caracterstica de

funcionamento da bomba.

Nesta montagem so desconsideradas as perdas de carga ocasionadas pelo

sistema.




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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

AZEVEDO NETTO, Jos M. de. Manual de hidrulica. 8. ed. atual. So Paulo: E. Blcher,

1998. 669 p. ISBN 85-212-0153-2

BAPTISTA, Mrcio Benedito; COELHO, Mrcia Maria Lara Pinto. Fundamentos de

engenharia hidrulica. 2. ed., rev. Belo Horizonte: Ed. da UFMG, 2003. 437 p. (Ingenium )

ISBN 85-7401-375-0

LENCASTRE, Armando. Hidrulica geral. Lisboa: Hidroprojecto, 1983. 654 p.

NEVES, Eurico Trindade. Curso de hidrulica. 9. ed. So Paulo: Globo, 1989. 577 p.

ISBN 85-250

PIMENTA, Carlito Flvio. Curso de hidrulica geral. 4. ed Rio de Janeiro: Guanabara

Dois, 1981. 2v.

PORTO, R. M. Hidrulica Bsica EESC -USP, So Carlos, SP, 1999.

STREETER,V. Mecnica dos Fluidos McGraw-Hill, So Paulo, SP, 1979.

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