LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA

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1 ROTEIRO DE EXPERIMENTOS ENG1120 LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA PROFESSORES: MARCELO TSUYOSHI HARAGUCHI NAZARENO FERREIRA DA SILVA FERNANDO ERNESTO UCKER GOIÂNIA, GO

2 Sumário 1ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma 2 2ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso 4 3ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso 6 4ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso 8 5ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso 10 6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada do Registro de Gaveta 12 7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios 13 8ª Experiência: Determinação da Curva Característica da Bomba 14 9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações 15 10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular 17 11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa a Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo 21 13ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico 23 1

3 1- FÓRMULAS PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 1ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma 1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma = 2 1 h çã 1.1 = = çã 1.2 = 2 1 h çã 1.3 h=, çã 1.4 Lembrando que: =, çã 1.5 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13, Número de Reynolds (Re) = çã 1.6 V = velocidade da água no tubo, em m/s; D = Diâmetro do tubo, m; ν = Viscosidade cinemática, em m 2 /s Para a vazão real no Tubo Diafragma = 2 1 Δh çã 1.7 2

4 C Q = Coeficiente de vazão do medidor; A d = área do orifício dado por: = çã 1.8 S = área do tubo; γ = peso específico da água. Determinar a viscosidade cinemática da água na temperatura obtida; Determinar o número de Reynolds e determinar o C Q na tabela fornecida. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - γ água = 9,79 kn/m 3 ; - ν = Viscosidade cinemática determinada pelo gráfico 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Vertedor retangular de duas contrações; - Água; - Régua; - Termômetro; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Determinar o coeficiente de vazão fornecido pela norma DIN; - Determinar a vazão real no tubo diafragma; - Comparar as vazões em termos de erro; - Tirar conclusões. 3

5 2ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso 1- FÓRMULAS 1.1- Perda de carga e perda de carga unitária no conduto =10,65,, çã 2.1, h= 1 Δh çã 2.2 = h çã 2.3 Δh= çã Tubo Diafragma = 2 1 h çã 2.5 = = çã 2.6 = 2 1 h çã 2.7 Lembrando que: =, çã 2.8 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d Hg = 13,6; - g = 9,81m/s 2 ; - Tubulação lisa de 1 1/2 ; 4

6 - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão = 2,25 m. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS: - Calcular a perda de carga total ( hp ); - Calcular a perda de carga unitária ( J ); - Tirar conclusões. 5

7 1- FÓRMULAS: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 3ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso 1.1- Perda de carga e perda de carga unitária no conduto h= 2 ó çã 3.1 Lembrando que: h= 1 Δh, çã 3.2 = h, çã 3.3 Δh=, çã Tubo Diafragma = 2 1 h çã 3.5 = = çã 3.6 = 2 1 h çã 3.7 Lembrando que: =, çã 3.8 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d Hg = 13,6; - g = 9,81m/s 2 ; 6

8 - Tubulação lisa de 1 1/2 ; - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão = 2,25 m. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS: - Calcular a perda de carga total ( hp ); - Calcular a perda de carga unitária ( J ); - Tirar conclusões. 7

9 4ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso 1- FÓRMULAS: 1.1- Perda de carga e perda de carga unitária no conduto =10,65 Lembrando que:,, çã 4.1, h= 1 Δh, çã 4.2 = h, çã 4.3 Δh=, çã Tubo Diafragma = 2 1 h çã 4.5 = = çã 4.6 = 2 1 h çã 4.7 h=, çã 4.8 Lembrando que: =, çã 4.9 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d Hg = 13,6; 8

10 - g = 9,81m/s 2 ; PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS - Tubulação lisa de 1 1/2 ; - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão = 2,25 m. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Calcular a perda de carga total ( hp ); - Calcular a perda de carga unitária ( J ); - Tirar conclusões. 9

11 1- FÓRMULAS PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 5ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso 1.1- Perda de carga e perda de carga unitária no conduto h= 2 ó çã 5.1 Lembrando que: h= 1 Δh çã 5.2 = h, çã 5.3 Δh=, çã Tubo Diafragma = 2 1 h çã 5.5 = = çã 5.6 = 2 1 h çã 5.7 h=, çã 5.8 Lembrando que: =, çã 5.9 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d Hg = 13,6; 10

12 - g = 9,81m/s 2 ; PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS - Tubulação lisa de 1 1/2 ; - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão = 2,25 m. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Calcular a perda de carga total ( hp ); - Calcular a perda de carga unitária ( J ); - Tirar conclusões. 11

13 6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada do Registro de Gaveta 12

14 7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios 1- FÓRMULAS Determinação da vazão pelo método direto =,em m³/s Equação 7.1 Vol = volume, em m 3 ; t = tempo, em s. 2) DADOS Obter os dados dos três reservatórios 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Proveta graduada (1000 ml); - Termômetro - Cronômetro; - Régua - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS 1- Calcular a vazão quando o reservatório 1 e 2 são abastecedores; 2- Quando o reservatório 2 passa de abastecedor a receptor, por quê? 3- Calcular a vazão quando o reservatório 1 é abastecedor e 2 é receptor; 4- Calcular a vazão no reservatório 3 (receptor) nas situações 1 e 3 5- Tirar conclusões. 13

15 8ª Experiência: Determinação da Curva Característica da Bomba 14

16 9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações 1- FÓRMULAS: 1.1- Vertedor Retangular com duas contrações =1,838 çã contrações: = 0,2 çã 9.2 L = largura do vertedor, em m; H = Carga do vertedor, em m Tubo Diafragma = 2 1 h çã 9.3 = = çã 9.4 = 2 1 h çã 9.5 h=, çã 9.6 Lembrando que: =, çã 9.7 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62 cm; - Valor de m = 0,45; 15

17 - Valor de K = 0,676; - g = 9,81 m/s 2. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Vertedor retangular de duas contrações; - Água; - Régua; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Determinar a vazão no vertedor retangular de duas contrações; - Determinar a vazão no tubo diafragma; - Comparar as vazões em termos de erro; - Tirar conclusões. 16

18 1- FÓRMULAS PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular 1.1- Vertedor Triangular =1,4 çã 10.1 H = Carga do vertedor, em m Tubo Diafragma = 2 1 h çã 10.2 = = çã 10.3 = 2 1 h çã 10.4 h=, çã 10.5 Lembrando que: =, çã 10.6 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS: - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d hg = 13,6; - g = 9,81m/s 2. 17

19 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Vertedor triangular; - Água; - Régua; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Determinar a vazão no vertedor triangular; - Determinar a vazão no tubo diafragma; - Comparar as vazões em termos de erro; - Tirar conclusões. 18

20 11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa 1- FÓRMULAS 1.1- Vertedor de Parede Espessa =1,71 çã 11.1 H = Carga do vertedor, em m Tubo Diafragma = 2 1 h çã 11.2 = = çã 11.3 = 2 1 h çã 11.4 h=, çã 11.5 Lembrando que: =, çã 11.6 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6. 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 3 = 7,62cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - d hg = 13,6; - g = 9,81m/s 2. 19

21 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Vertedor de parede espessa; - Água; - Régua; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Determinar a vazão no vertedor de parede espessa; - Determinar a vazão no tubo diafragma; - Comparar as vazões em termos de erro; - Tirar conclusões. 20

22 12 a Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo 1- FÓRMULAS: 1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma = 2 1 h çã 12.1 = = çã 12.2 = 2 1 h çã 12.3 h=, çã 12.4 Lembrando que: =, çã 12.5 S 0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; d Hg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13, Vazão no orifício de fundo = 2 h çã 12.6 = 1+0,15 çã 12.7 = í í í cd = coeficiente de descarga; K = coeficiente de forma; A 0 = área do orifício, em m²; h = carga do orifício, em m Coeficiente de Contração (cc) e Velocidade (cv) çã 12.8 = çã

23 = çã cc = coeficiente de contração; A SC = área da seção contraída, m²; A 0 = área do orifício, m². 2) DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - γ água = 9,79 kn/m 3. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Canal retangular com comporta de fundo; - Água; - Régua; - Termômetro; - Módulo Experimental de hidráulica. 4) OBJETIVOS - Determinar o coeficiente de vazão fornecido (cd); - Determinar o coeficiente de contração (cc); - Comparar o coeficiente de velocidade (cv); - Tirar conclusões. 22

24 13ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico 1- FÓRMULAS Dissipação de Energia - E Δ= 4, çã 13.1 y 1 e y 2 = alturas conjugadas do ressalto. Cálculo de Q: 2 = + çã 13.2 Q = vazão no canal, em m 3 /s; b = largura do canal. Cálculo da potência dissipada (Pd): = Δ 75 çã 13.3 P d = potência dissipada, em W; η = rendimento = 1. 2) DADOS Obter os dados do ressalto hidráulico. 3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Módulo Experimental de hidráulica. 23

25 4) OBJETIVOS PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 1- Obter os valores de y, y 1 e y 2 no ressalto hidráulico; 2- Calcular a dissipação de energia ou perda de carga no ressalto; 3- Calcular a vazão unitária e a vazão no canal; 4- Calcular a potência dissipada no ressalto; 5- Tirar conclusões. 24