LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS ENTRO DE TENOLOGIA LABORATÓRIO DE HIDRÁULIA Vladimir aramori Josiane Holz Irene Maria haves Pimenel Marllus Gusavo Ferreira Passos das Neves Maceió - Alagoas Ouubro de 2012

2 Laboraório de Hidráulica Aula práica 01 Orifícios e bocais 1 Aula práica 01: ORIFÍIOS E BOAIS 1 - INTRODUÇÃO É denominada de Orifício a aberura (na parede laeral ou no fundo) de um recipiene, que possibilia o escoameno do líquido armazenado em seu inerior. O orifício mais comum é o de forma circular com borda biselada exernamene de modo a formar uma aresa viva inernamene, como indicado na Figura 1. Quando a parede dese recipiene é espessa ou quando um ubo é adicionado exernamene ao orifício, em-se o que se convencionou chamar de bocal cilíndrico exerno (Figura 2). Quando um ubo curo é adicionado inernamene a um orifício, em-se o caso de um bocal cilíndrico inerno (Figura 3). Figura 1 - Orifício circular de parede delgada Figura 2 - Bocal cilíndrico exerno Figura 3 Bocal cilíndrico inerno 2 OBJETIVO A presene experiência objeiva a deerminação dos coeficienes de conração, velocidade e vazão, respecivamene c, v e Q, para orifícios circulares de parede delgada e para bocais cilíndricos exernos, em função da carga hidráulica sobre os mesmos. 3 EQUIPAMENTOS NEESSÁRIOS Para o ensaio proposo, é necessário: Reservaório de nível variável (Figura 4); Piezômero; Orifícios e/ou bocais; Harpa graduada para a localização do jao; ronômero.

3 Laboraório de Hidráulica Aula práica 01 Orifícios e bocais 2 Piezômero Orifício D1 Bocal Orifício D2 Orifício D3 Figura 4: Visas laerais do reservaório 5 PROEDIMENTOS O procedimeno experimenal deverá ser conduzido considerando o esquema geral apresenado na Figura 5 NA h X Y Figura 5: Esquema geral do experimeno junamene com a nomenclaura Para o orifício de parede delgada: 1) Anoar odas as medidas necessárias; 2) Verificar se o orifício esá fechado; 3) Encher o reservaório aé a alura h 0 (carga hidráulica inicial); 4) Fechar a alimenação; 5) Abrir o orifício e acionar o cronômero no momeno da passagem do jao por um dos fios da harpa, anoando o número do fio; 6) Verificar e anoar os empos sempre que o cenro do jao esiver coincidindo com um dos fios da harpa graduada; 7) Para os empos mencionados no iem anerior, anoar ambém o valor correspondene à carga h, do piezômero (Tabela 1);

4 Laboraório de Hidráulica Aula práica 01 Orifícios e bocais 3 Para os cálculos, ainda são necessários os seguines valores: Diâmero do reservaório (D res ); Diâmero do orifício/bocal (D 1 /D 2 /D 3 /D B ); oordenadas do fio 0 em relação a parede do reservaório (X 0 ); Disância enre os fios da harpa (L); Ângulo da harpa em relação a horizonal (α). 6 ÁLULOS NEESSÁRIOS Para cada um dos insanes em que o cenro do jao passa por um dos fios da harpa, deve ser calculado: A disância (horizonal e verical) enre cada um dos fios da harpa em relação a seção conraída, para orifício e bocal inerno, e em relação a seção de saída para o bocal exerno, aravés das seguines equações: X X0 i L cosα Y i L senα = (Equação 1) = (Equação 2) onde i é o i-ésimo fio da harpa, cujos dealhes esão no apêndice, bem como a origem das equações. A velocidade real do jao V r, baseados nos valores x e y medidos no experimeno: X = V (Equação 3) Y r g 2 2 = (Equação 4) Sendo conhecidos os valores de x e y, a velocidade real do jao pode ser obida aravés da expressão: V r g = X (Equação 5) 2 y A velocidade eórica do jao (V ) considerada a velocidade do jao se não houvesse perdas, é definida pela expressão: = 2 g h (Equação 6) V A razão enre a velocidade real e eórica é denominada de coeficiene de velocidade ( v ): Vr V = < 1 (Equação 7) V Ouro coeficiene imporane no esudo dos orifícios e bocais é o coeficiene de vazão ou coeficiene de descarga ( Q ), e é definido pela razão enre a vazão real e a vazão eórica: Qr Q = (Equação 8) Q

5 Laboraório de Hidráulica Aula práica 01 Orifícios e bocais 4 onde: Q dh Qr Ares d A V = A gh = (Equação 9) = 2 (Equação 10) Podendo enão ser deerminado o oeficiene de onração ( c ): Q = (Equação 11) V Os relaórios devem coner, no mínimo, as seguines informações: 1) Velocidades medidas e eoricamene esperadas para cada carga do orifício, bem como o cálculo do v pelo méodo direo; 2) Vazões medidas e eoricamene esperadas para cada carga do orifício, bem como o cálculo do d ; 3) om os valores aneriormene obidos ober o valor de c ; 4) Análise dos resulados experimenais obidos e como eses se comparam com as previsões eóricas; 5) Análise da precisão dos resulados obidos em ermos dos erros experimenais (erro relaivo); 6) A pare de análises e conclusões do relaório ainda deve coner: Análise das principais fones de imprecisão no ensaio. A exisência de alguma imprecisão dos valores abelados para os coeficienes Q, v e c para orifícios com as mesmas dimensões daqueles uilizados no ensaio, explique o porquê das diferenças enconradas. Tabela 1: Dados do ensaio (abela sugerida) DADOS DO ENSAIO H 0 = D res = D 1 = D 2 = D 3 = D B = X 0 = L= α = Orifício/Bocal N do fio arga (mm) Tempo (seg) 7 BIBLIOGRAFIA USP, Experiências de laboraório. Escola Poliécnica da Universidade de São Paulo, Deparameno de Engenharia Hidráulica e Saniária.

6 Laboraório de Hidráulica Aula práica 01 Orifícios e bocais 5 UNB, Aposila do urso de Hidráulica Experimenal, 2ª versão. Universidade Federal de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Deparameno de Engenharia ivil e Ambienal. 8 APÊNDIE Observando a Figura 6, quando o jao oca o furo disane i. L do início da harpa, na direção inclinada, a disância percorrida na direção horizonal, em movimeno uniforme, é X = V r., onde V r é a velocidade real de saída do jao. X X 0 α x Y L L 2. L L 0 i. L y X 0 - X = i. L. cosα α Y = i. L. senα i. L Figura 6: Esquema geral do experimeno junamene com a nomenclaura O empo percorrido é = X / V r. Sabemos que, na direção verical, emos um movimeno uniformemene variado. O jao nesa direção percorre uma disância Y = g. 2 /2, de modo que podemos subsiuir o empo pela expressão obida no movimeno uniforme horizonal. Fazendo iso, emos Y = g. X 2 /(2. V 2 r ), gerando a equação 3: V r = X g 2 y oninuando a observar a figura, vê-se um riângulo reângulo obido de al forma que a disância percorrida na harpa seja a hipoenusa, ornando possível ober as equações das disâncias percorridas na horizonal e na verical: X = X 0 i. L. cosα e Y = i. L. cosα, que são as equações 1 e 2, respecivamene. pono (X 0, 0). É imporane desacar que exremidade superior da harpa esá posicionada no