ROTEIRO DE EXPERIMENTOS ENG1120 LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
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1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS ROTEIRO DE EXPERIMENTOS ENG0 LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA GOIÂNIA 07-
2 Sumário ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma... ª Experiência: Determinação do fator de atrito e do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso.. 6 3ª Experiência: Determinação do fator de atrito e do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada no Registro de Gaveta...0 5ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios... 6 a Experiência: Determinação da carga de pressão fornecida pela bomba...3 7ª Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo...4 8ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações...6 9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular...8 0ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa...0 ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico... ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Manning...4
3 ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma. FÓRMULAS.. Para a vazão no Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação. S 0 S = m S 0 = m S Equação. Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação.3 h = L L, em mca Equação.4 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação.5 Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6... Número de Reynolds (Re) R e = V D ν Equação.6 V = velocidade da água no tubo, em m/s; D = Diâmetro do tubo, m; = Viscosidade cinemática, em m /s..3. Para a vazão real no Tubo Diafragma Q = C Q S m { g (d Hg ) Δh} Equação.7 Q = vazão, em m 3 /s;
4 CQ = Coeficiente de vazão do medidor; Ad = área do orifício dado por: A d = S m Equação.8 S = área do tubo; = peso específico da água. Determinar a viscosidade cinemática da água na temperatura obtida; Determinar o número de Reynolds e determinar o CQ na tabela fornecida.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - água = 9,79 kn/m 3 ; - = Viscosidade cinemática determinada pelo gráfico. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - 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 4
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7 ª Experiência: Determinação do fator de atrito e do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso.. FÓRMULAS.. Perda de carga (Fórmula Universal) e perda de carga unitária no conduto V hp = f L D g (Fórmula Universal) Equação. Lembrando que: hp = (d Hg ) Δh, em mca Equação. J = hp L, em m m Equação.3 Δh = L L, em mca Equação.4.. Perda de carga (Equação de Hazen-Willians) e perda de carga unitária no conduto J = 0,65 Q,85 (Hazen C,85 Willians) Equação.5 D4,87 hp = (d Hg ) Δh em mca Equação.6 J = hp L em m m Equação.7 Δh = L L em mca Equação.8.3. Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação.9 S 0 S = m S 0 = m S Equação.0 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação. Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação. Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; 6
8 dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s ; - Tubulação lisa de / ; - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão =,5 m. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Tubo liso; - 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 ); - Calcular o fator de atrito (f); - Calcular o coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians (C); - Tirar conclusões. 7
9 3ª Experiência: Determinação do fator de atrito e do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso.. FÓRMULAS.. Perda de carga (Fórmula Universal) e perda de carga unitária no conduto V hp = f L D g (Fórmula Universal) Equação 3. Lembrando que: hp = (d Hg ) Δh, em mca Equação 3. J = hp L, em m m Equação 3.3 Δh = L L, em mca Equação Perda de carga (Equação de Hazen-Willians) e perda de carga unitária no conduto J = 0,65 Q,85 (Hazen C,85 Willians) Equação 3.5 D4,87 hp = (d Hg ) Δh em mca Equação 3.6 J = hp L em m m Equação 3.7 Δh = L L em mca Equação Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 3.9 S 0 S = m S 0 = m S Equação 3.0 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 3. Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 3. Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; 8
10 dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s ; - Tubulação lisa de / ; - Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão =,5 m. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Tubo liso; - 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 ); - Calcular o fator de atrito (f); - Calcular o coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians (C); - Tirar conclusões. 9
11 4ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada no Registro de Gaveta FÓRMULAS.. Perda de carga nos condutos h p = (d Hg ) Δh, em mca Equação 4. Δh = L L, em mca (Tubo liso sem registro) Equação 4. h pr = (d Hg ) Δh, em mca Equação 4.3 Δh = L 3 L 4, em mca (Tubo liso com registro) Equação 4.4 h ploc = h pr h p (Perda de carga localizada no registro) Equação 4.5 h ploc = K P v g Equação Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 4.7 S 0 S = m S 0 = m S Equação 4.8 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 4.9 h = L L, em mca Equação 4.0 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 4. Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6. DADOS - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; 0
12 - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 3 MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Tubulação lisa de / ; - Tubulação lisa de / com registro de gaveta aberto; - Quadro de pressões manômetros; - Água; - Módulo Experimental de hidráulica. 4 OBJETIVOS - Calcular a perda localizada no registro (hploc); - Determinar o coeficiente de perda de carga localizada (KP) do registro; - Tirar conclusões.
13 5ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios. FÓRMULAS Determinação da vazão pelo método direto Q = Vol, em m³/s Equação 5. Δt Q = vazão, em m 3 /s; Vol = volume, em m 3 ; t = tempo, em s.. DADOS Obter os dados dos três reservatórios 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Proveta graduada (000 ml); - Cronômetro; - Água; - Reservatório; - Módulo Experimental de hidráulica. 4. OBJETIVOS - Calcular a vazão quando o reservatório e são abastecedores; - Quando o reservatório passa de abastecedor a receptor, por quê? 3- Calcular a vazão quando o reservatório é abastecedor e é receptor; 4- Calcular a vazão no reservatório 3 (receptor) nas situações e 3 5- Tirar conclusões.
14 6 a Experiência: Determinação da carga de pressão fornecida pela bomba. FÓRMULAS P P = γ h Equação 6. P = pressão, N/m²; γ = peso específico, N/m³; h = diferença de cota, m.. DADOS: - dhg = 3,6; - γ = N/m³. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Quadro de pressões manômetro; - Água; - Régua; - Módulo Experimental de hidráulica. 4. OBJETIVOS - Determinar a carga de pressão fornecida pela bomba; - Tirar conclusões. 3
15 7ª Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo. FÓRMULAS:.- Para a vazão no Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 7. S 0 S = m s S 0 = m S Equação 7. Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 7.3 h = L L, em mca Equação 7.4 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 7.5 Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6..- Vazão no orifício de fundo Q = c d A 0 g h Equação 7.6 c d = cd ( + 0,5 K) Equação 7.7 K = perímetro da parte suprimida perímetro do orifício cd = coeficiente de descarga; K = coeficiente de forma; A0 = área do orifício, em m²; h = carga do orifício, em m..3- Coeficiente de Contração (cc) e Velocidade (cv) Equação 7.8 cd = cv cc Equação 7.9 4
16 cc = A sc A 0 Equação 9.0 cc = coeficiente de contração; ASC = área da seção contraída, m²; A0 = área do orifício, m².. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - água = 9,79 kn/m MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; - Canal retangular com comporta de fundo; - Água; - Régua; - 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. 5
17 8ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações. FÓRMULAS:.- Vertedor Retangular com duas contrações Q =,838 L H 3 (Francis) Equação 8. contrações: L = L 0, H Equação 8. Q = vazão, em m 3 /s; L = largura do vertedor, em m; H = Carga do vertedor, em m..- Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 8.3 S 0 S = m S 0 = m S Equação 8.4 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 8.5 h = L L, em mca Equação 8.6 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 8.7 Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; 6
18 - Valor de K = 0,676; - g = 9,8 m/s. 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. 7
19 . FÓRMULAS PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS 9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular.- Vertedor Triangular Q =,4 H 5 Equação 9. Q = vazão, em m 3 /s; H = Carga do vertedor, em m..- Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 9. S 0 S = m S 0 = m S Equação 9.3 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 9.4 h = L L, em mca Equação 9.5 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 9.6 Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6.. DADOS: - Diâmetro do tubo = 7,80cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s. 8
20 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. 9
21 0ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa. FÓRMULAS.- Vertedor de Parede Espessa Q =,7 L H 3 Equação 0. Q = vazão, em m 3 /s; H = Carga do vertedor, em m..- Tubo Diafragma Q = K S 0 { g (d Hg ) h} Equação 0. S 0 S = m S 0 = m S Equação 0.3 Q = K S m { g (d Hg ) h} Equação 0.4 h = L L, em mca Equação 0.5 Lembrando que: Q = V S, em m 3 s Equação 0.6 Q = vazão, em m 3 /s; S0 = seção interna da tubulação, em m²; g = aceleração gravitacional, em m/s²; h = variação na altura da coluna do manômetro, em m; dhg = densidade relativa do mercúrio, igual a 3,6.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s. 0
22 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.
23 ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico. FÓRMULAS Dissipação de Energia - E ΔE = (y y ) 3 4 y y, em m Equação. y e y = alturas conjugadas do ressalto. Cálculo de Q: Q gb = y y + y y Equação. Q = vazão no canal, em m 3 /s; b = largura do canal. Cálculo da potência dissipada (Pd): P d = γ Q ΔE 75η Equação.3 y = peso específico da água = 000 kgf/m³. Pd = potência dissipada, em cv; = rendimento =. Cálculo do Número de Froude (Fr): F r = v Equação.4 (g. y) / Fr = número de froude; v = velocidadeda m/s. g = aceleração da gravidade 9,8 m/s². y = altura conjugada m.
24 Se Fr > Escoamento supercrítico, rápido ou torrencial Se Fr = Escoamento crítico Se Fr < Escoamento subcrítico ou fluvial. DADOS Obter os dados do ressalto hidráulico. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Módulo Experimental de hidráulica; - Canal retangular com comporta de fundo; - Vertedor retangular sem contração. 4. OBJETIVOS - Obter os valores de y, y e y no ressalto hidráulico; - 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- Calcular o Número de Froude para os pontos conjugados; 6- Classificar os escoamentos; 7- Tirar conclusões. 3
25 ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Manning. FÓRMULAS.- Vazão Q = Am v Equação. Q = vazão do canal, em m 3 /s; Am = seção molhada do canal, m²; v = velocidade média de escoamento, m/s..- Velocidade média de escoamento Equação de Manning v = Rh 3 i n Equação. Q = Am. Rh 3 i n Equação.3 v = velocidade média de escoamento, m/s; Rh = raio hidráulico, m; i = inclinação do canal, m/m; n = coeficiente de Manning.. DADOS - Diâmetro do tubo = 7,80 cm; - Valor de m = 0,45; - Valor de K = 0,676; - dhg = 3,6; - g = 9,8m/s. 3. MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA - Tubo Diafragma; - Quadro de pressões manômetro; 4
26 - Água; - Régua; PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS - Módulo Experimental de hidráulica. 4. OBJETIVOS - Determinar o coeficiente de Manning (n) do canal; - Tirar conclusões. 5
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