Escoamento em condutos livre

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  • Publicado : 29 de novembro de 2012
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Introdução

O escoamento em condutos livre é caraterizado por sofre a ação da pressão atmosférica e tem grande aplicação prática no campo da engenharia. Um tipo é o escoamento uniforme.
Para que haja o escoamento uniforme é necessário que os parâmetros hidráulicos profundidade da água e área molhada não se modificam, além da velocidade ser constante. Nesse tipo de escoamento livre a linhaenergética total e a superfície do líquido são paralelas entre si e possuem a mesma declividade, ou seja, J = I.
É importante ressaltar que tal escoamento parte da premissa de que não haverá nenhuma variação de velocidade, ou seja, a aceleração é constante. Sendo assim, há uma condição de equilíbrio das forças atuantes no sistema do canal.
A partir dessas condições obtém-se a fórmula de Manning:Q=1n.A.Rh23.I12 (Eq.1)
Onde:
Q = vazão em m³/s.
n = coeficiente de rugosidade de Manning.
Rh = raio hidráulico em m.
A = área molhada em m².
I = Declividade em m/m.
Manometria
Nas condições da tubulação de recalque, as cargas altimétrica e cinética são praticamente iguais em locais próximos podendo assim se anularem na eq. de Bernoulli. Resta então que a perda de carga é adiferença de carga piezométrica.
A aferição da perda de carga na tubulação de recalque é feita por meio de um manômetro que funciona baseado nos conceitos de pressão e na lei de Stevin ( P = ϒh). A fórmula utilizada para se calcula a diferença de carga piezométrica em dois tomadores de pressão é
P1-P2=γh+γ2h2-γ1h1 (Eq. 2)
Alguns parâmetros Hidráulicos utilizados no ensaio
Áreamolhada da seção retangular: A = bh (Eq.3)
Perímetro molhado da seção retangular: P = 2h + b (Eq.4)
Raio hidráulico: Rh= AP= bh2h+b (Eq.5)

Energia específica
A energia específica ou carga específica como sendo a energia disponível em uma seção, tomando como plano de referência um plano horizontal passando pelo fundo do canal, naquela seção. Em outras palavras, energia específicaé a distância vertical entre o fundo do canal e a linha de energia, o que equivale a fazer z = 0. Logo
E=y+ U²2g (Eq. 6)
Procedimentos

O canal artificial utilizado no ensaio é feito de acrílico e fixado no chão com bases metálicas. A inclinação I é regulável por meio de um volante. A água chega é recalcada para uma altura Z1 onde possa sofre ação da gravidade por meio deuma eletrobomba. Na tubulação de recalque há tomadores de pressão onde se pode aferir a perda de carga nessa etapa.
A vazão é calculada marcando quanto tempo (com um cronômetro) enche-se uma parte do equipamento cuja área é conhecida.
A altura da lâmina d´água pode ser medida por meio de um miliminigrafo.
Logo, as variáveis fixas são:
* comprimento L do canal, que é igual a 4m.
* o volumefixado para calcular a vazão 0,0264125.
* a altura Z2 = 1,31m

Análise dos resultados

Foram avaliadas 8 situações diferentes sempre alterando a inclinação I. O valor de Z2 é sempre o mesmo 1,31m, logo o que faz variar a inclinação é a variação de Z1. Mediu-se nas condições de Z1 = Z2, Z1 = 1,583m (Zmáx) e a partir desse valor diminuía-se 0,034m. As inclinações nas oito situações são mostradasna tabela a seguir:
Z1(m) | Z2(m) | I |
1,31 | 1,31 | 0 |
1,583 | 1,31 | 0,06825 |
1,549 | 1,31 | 0,05975 |
1,515 | 1,31 | 0,05125 |
1,481 | 1,31 | 0,04275 |
1,447 | 1,31 | 0,03425 |
1,413 | 1,31 | 0,02575 |
1,379 | 1,31 | 0,01725 |

Espera-se que a vazão Q seja constante nas 8 situações, devido ao fato de que a bomba fornece sempre a mesma energia e os limitantes de energianão se alteram Apesar disso será medido 8 valores de vazões a fim de provar a vazão constante.
Os valores obtidos de vazão e tempo nas oito situações são mostrados na tabela a seguir:
I | Q(m³/s) | t(s) | Volume (m³) |
0 | 0,00805259 | 3,28 | 0,0264125 |
0,06825 | 0,00797961 | 3,31 | |
0,05975 | 0,00841162 | 3,14 | |
0,05125 | 0,00822819 | 3,21 | |
0,04275 | 0,008717 | 3,03 | |...
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