Influência da declividade do canal e da posição do vertedouro do tipo sem contrações laterais

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1 Influência da declividade do canal e da posição do vertedouro do tipo sem contrações laterais Autor: Adriano Machado da Costa adriano.machado@hotmail.com Co-autor: Denis Willian Ferreira Rupp caroline-y-denis@hotmail.com Co-autor: Raul Lemos da Silva raullemossilva@yahoo.com.br Orientador: Prof. José Antônio Colvara de Oliveira. Resumo: Esta pesquisa é parte de um desafio lançado pela disciplina de Hidráulica, do Curso de, do Centro Universitário Uniritter. O relatório tem como finalidade demonstrar a influência da declividade do canal na posição de tomada de carga, utilizando-se para tanto de um vertedor sem contrações laterais e valendo-se da Fórmula de Francis, onde são utilizados unicamente os parâmetros largura do canal e altura de água acima da crista. A Fórmula de Francis é uma entre as tantas utilizadas para cálculo da vazão em canais, sendo a mais utilizada devido principalmente a sua simplicidade e facilidade de aplicação. Para a pesquisa, tivemos a oportunidade de contar com a bancada de canais existente no Laboratório de Hidráulica do Curso de. A referida bancada consta de um canal de 3 m de comprimento útil, o qual tem a possibilidade de ser elevado através de um macaco hidráulico desde a posição menos 2 graus até mais 2 graus de declividade. Uma bomba centrífuga provoca o constante movimento que sai de um reservatório principal, vai até outro reservatório no início do canal e retorna ao início após a água ter sua vazão desenvolvida ao longo dos 3 m do canal.

2 1 Introdução Conforme Çengel (2007), um vertedouro ou reservatório de soleira aguda é "uma placa vertical colocada em um canal para forçar o líquido a escoar através de uma abertura para medir a vazão." (ÇENGEL, 2007, p.632). Esta vazão, a qual deve ser controlada permanentemente numa barragem, segundo Baptista (2003), tem a característica de não ser constante nos reservatórios, sendo o vertedor uma edificação hidráulica muito utilizada para realizar-se esse controle. O adequado dimensionamento dessa estrutura proporcionará um escoamento subcrítico na corrente a montante da estrutura, o qual convergirá e acelerará, até que, conforme Potter (2013), assumirá um regime chamado de crítico exatamente sobre a crista do vertedor. Estes dois comportamentos podem ser analisados e comparados, permitindo que se estabeleça uma relação entre a altura acima da crista e a vazão que possui o canal. O vertedor é originalmente equacionado como sendo um orifício sem a parte superior, uma vez que, conforme registra Couto (2012), para cargas menores do que o dobro da diferença de cotas entre a crista e a parte superior do que seria o orifício, o suposto orifício funcionará em realidade como vertedor, onde a cota da crista é a distância h que iremos trabalhar nesta pesquisa. Figura 1: Modelo matemático de vertedor Fonte: Couto (2012)

3 Para realização da prática feita no laboratório de hidráulica mudamos algumas vezes a inclinação do canal d água, e, com isso, conseguimos identificar as diferenças de distância entre o vertedor e o linimetro, que está relacionada com a altura da coluna d água que foi calculada. 2 Materiais utilizados Para a realização desta pesquisa, utilizamos a Bancada de Canais, do Laboratório de Hidráulica, do Curso de, do Centro Universitário. A mesma conta com uma bomba centrífuga, a qual retira água de um reservatório que chamaremos de principal, erguendo-a até um reservatório secundário, o qual, por sua vez, abastece o canal. Ao final do canal a água entra num conjunto de duas mangueiras que são responsáveis por levar novamente a água ao reservatório principal. Dessa maneira temos um fluxo contínuo, com vazão constante, ao longo de toda a experiência. O canal possui 0,10 m de largura e 3 m de comprimento, sendo dotado de um macaco hidráulico o qual permite modificar a inclinação do leito desde dois graus positivos até dois graus negativos. O vertedor utilizado na experiência foi o vertedor retangular, sem contrações laterais, o qual mede 0,10 m de largura (a mesma do canal) e possui altura da crista de 0,15 m. 3 Obtenção dos resultados Primeiramente, para ser possível a realização da pratica, com o vertedor já colocado dentro do canal d água, ligamos a bomba centrífuga, tendo o cuidado de manter inicialmente o registro fechado, uma vez que se trata de recomendação amplamente empregada, para evitar o desgaste prematura da bomba. Logo em seguida o registro é aberto, permitindo o início do ciclo da água por toda a extensão do canal e o retorno da mesa ao reservatório principal.

4 Figura 2: Bancada de canais utilizada na experiência Fonte: Foto pertencente ao professor da disciplina. Com inclinação igual a 0, ou seja, sem inclinação, medimos com o linímetro a altura de coluna d água (h), obtendo 0,064 mca e distância de 32cm do vertedor até o linímetro. Exatamente nesta posição é que se fez a medida h. Sabendo que a largura do canal d água é igual a 0,10 m, utilizando a Fórmula de Francis,, onde, Q=1,838*L*h^3/2, achamos que a vazão era igual a 0,003 m³/s. Neste instante acabávamos de obter o dado que permaneceria constante ao longo de todo o experimento, ou seja, a vazão. Ora, uma vez que a vazão ficaria constante, ainda considerando que a largura L não muda pois é a largura do canal, deduz-se facilmente que o valor de h também não poderá mudar. Para que todos esses condicionantes se verifiquem, o único parâmetro que irá mudar deverá ser a posição à partir da qual teremos o valor de h =0,064 mantido. Este era o objetivo da presente experiência. Então modificamos a inclinação para -1,2, 1,0 e -0,4 em sequência, onde alcançamos para 0,064 mca distancias de 11,4 cm, 20,0 cm e 28,0 cm, respectivamente, do vertedor até o linimetro, para que assim tenhamos a mesma vazão. Conforme a tabela e o gráfico abaixo podemos perceber a variação da distância em relação a inclinação. Tabela 1: Distância da tomada de h, em função da declividade do canal. Ângulo de inclinação da bancada de canais (θ) h (cm) d (cm) 0,0º 6,4 32,0-0,4º 6,4 28,5

5 -1,0º 6,4 20,0-1,2º 6,4 11,4 Fonte: Dados colhidos pelos autores, durante a experiência. 4 Conclusões De acordo com a pratica realizada e com a obtenção dos resultados foi possível tirar algumas conclusões. Uma delas é de que, em decorrência do aumento da inclinação negativa, a distância do vertedor para o local onde mede-se a coluna d água (h) diminui e quanto mais a inclinação se aproxima de 0 maior é essa distância. Foi possível notar também que a vazão é constante, independente da inclinação, mas para isso ser possível, é necessário que a distância para a medida da coluna d água (h) seja modificada, conforme a inclinação, assim respeitando a formula da vazão (Q=1,838*L*h^3/2), onde o h necessita ser constante, tendo como variável apenas a distância do local de medição da coluna d água (h). Referências BAPTISTA, Marcio Benedito e COELHO, Márcia Maria Lara Pinto. Fundamentos de Engenharia Hidráulica. Belo Horizonte: UFMG, ÇENGEL, Yunus A. e CIMBALA, John M. Mecânica dos fluidos - Fundamentos e aplicações. São Paulo: McGraw-Hill, COUTO, Luiz Mário Marques. Elementos da Hidráulica. Brasília: Editora Universidade de Brasília, POTTER, Merle, WIGGERT, David C. e RAMADAN, Bassem H. Mecânica dos Fluidos.