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Manual dos Trabalhos de Laboratório

1. Comprimento do ressalto cm I 51 3 9 5 Apresenta o e discuss o de resultados Ser o comparados os valores da energia espec fica da quantidade de movimento da perda de carga e do comprimento do ressalto calculados com base em medidas de alturas do escoamento do caudal escoado do estreitamento e do declive do canal com os valores calculados por via te rica procurando explicar eventuais desvios Tendo em vista facilitar a apresenta o dos resultados sugere se a adop o do seguinte procedimento 1 indica se o caudal escoado e classificar as curvas de regolfo observadas 2 apresentam se na forma de tabela os valores de h ha ha ha hs H Ho H3 H4 Hs M Ma M3 Ma Ms AH e L em que h designa altura de gua H energia espec fica M quantidade de movimento total ou impuls o total 4H perda de carga no ressalto e L comprimento do ressalto calcula se o valor te rico de h partindo do valor medido de hz calcula se a for a de arrastamento que actua no estreitamento calculam se os valores te ricos de hs Hs AH e L com base na medi o de h4 Por ltimo os alunos devem procurar explicar as diferen as entre previs es e observa es 3 10 Curvas de vaz o de descarregadores de parede delgada 3 10 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste no estabelecimento das curvas de vaz o de um descarregador rectangular com contrac o lateral e de dois descarregadores triangulares 60 e 90
2. o 1 Sec o 2 Sec o 3 Sec o 4 Sec o 5 Fundo Sup Sup Fundo Sup Fundo Sup Comprimento do ressalto cm 3 8 5 Apresenta o e discuss o de resultados Ser o comparados os valores da energia espec fica da quantidade de movimento da perda de carga e do comprimento do ressalto calculados com base em medidas de alturas do escoamento do caudal escoado da altura da soleira e do declive do canal com os valores calculados por via te rica procurando explicar eventuais desvios Tendo em vista facilitar a apresenta o dos resultados sugere se a adop o do seguinte procedimento 1 2 3 a Por ltimo os alunos devem procurar explicar as diferen as entre previs es e observa es indica se o caudal escoado classificam se as curvas de regolfo observadas apresentam se na forma de tabela os valores de h ha ha ha hs H Ho Hs H4 H M Mo Mz Ma Ms AH e L em que h designa altura de gua H energia espec fica M quantidade de movimento total ou impuls o total 4H perda de carga no ressalto e L comprimento do ressalto calculam se os valores te ricos de hs hs e Hs partindo do valor medido de h calcula se a for a de arrastamento que actua na soleira calculam se os valores te ricos de 5 4H e L com base na medi o de h4 49 3 9 Curvas de regolfo provocadas por um estreitamento 3 9 1 Objectivo O objectivo do trabalho consis
3. cf Fig 2 4 3 10 2 Equipamento utilizado Neste trabalho utilizam se os descarregadores de parede delgada descritos no par grafo 2 3 4 montados na Bancada Cussons e um hidr metro de ponta direita 3 10 3 Requisitos te ricos O caudal escoado sobre um descarregador sem contrac o lateral dado pela lei de vaz o Q ch 2gh 52 em que C o coeficiente de vaz o h a diferen a de cotas entre a crista do descarregador e a superf cie livre na sec o de medi o e b a largura do descarregador O coeficiente de vaz o poder considerar se aproximadamente igual a 0 40 Num descarregador rectangular cuja largura b seja inferior largura B do canal onde est instalado ocorre contrac o lateral da veia l quida De entre as v rias solu es propostas para o c lculo do caudal nesta situa o conta se a de Francis Este autor considera o valor de C 0 40 coeficiente de vaz o de um descarregador Bazin e o valor da contrac o num lado igual a 0 10h de que resulta uma largura efectiva b definida por b b 01N h em que N representa o n mero de contrac es Nigual a 1 ou a 2 Para dupla contrac o b b 0 2h Esta largura b substitui b na lei de vaz o A solu o de Francis proporciona bons resultados desde que B b 26h O caudal num descarregador triangular dada por 8 0 5 Q C 2g9 h 15 5 em que 6 o ngulo de abertura do descarregador e h a carga Na pr tica frequente
4. recorrer se f rmula de Gourley e Grimp 0 a 12i E 17 2 v lida em unidades do SI 3 10 4 Procedimento experimental O procedimento experimental o seguinte 1 Coloca se o hidr metro de ponta direita nas respectivas fixa es no tampo da bancada 2 Liga se o tubo flex vel de alimenta o situado sobre o tampo ao dispositivo de tranquiliza o que consiste num cubo de rede preenchido com esferas de vidro e coloca se este dispositivo na extremidade de montante do canal moldado no topo da bancada Cussons 8 Fixa se o descarregador no extremo de jusante do canal assegurando que a respectiva aresta fica do lado de montante 4 Liga se a bomba mantendo fechada a v lvula de controlo de caudal 15 53 5 Estabelece se o escoamento sobre o descarregador instalado ajustando a v lvula 15 para a situa o de m xima abertura e para a m xima velocidade de rota o da bomba 6 Diminui se o caudal escoado fechando gradualmente a v lvula de controle de caudais de modo a conseguir aproximadamente varia es de carga de 3 mm 4h 0 3 cm 7 Repete se o procedimento do ponto f para 10 situa es diferentes de h Q 3 10 5 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento A No caso dos descarregadores triangulares 1 Anotam se os valores de cargas e caudais no Quadro de Resultados Descarregador T
5. a toda a sua largura No exemplo da Fig 2 7 o escoamento d se da esquerda para a direita sendo a gua recolhida noutro reservat rio em que o n vel da superf cie livre controlado por um descarregador 13 existente a jusante e igualmente a toda a largura das placas Passan do o descarregador a gua sai por gravidade para um reservat rio de sa da 14 O tra ador das linhas de escoamento tinta injectada a partir do reservat rio 5 atrav s de 19 agulhas muito finas 10 existentes numa tubagem de alimenta o do tra ador 3 A dist ncia entre agulhas 20 mm A v lvula 6 regula o caudal de tinta tra ador A tinta distribu da no campo do escoamento atrav s das referidas agulhas Os obst culos 11 a colocar no interior do escoamento podem tomar formas diversas mas como o campo de escoamento t m todos 3 mm de espessura A unidade disp e de 8 orif cios que podem funcionar como po os ou nascentes As v lvulas 16 regulam o caudal de gua desses orif cios quando utilizados como nascentes enquanto as v lvulas 15 regulam o caudal quando estes funcionam como po os Na Fig 2 8 a unidade est em funcionamento podendo visualizar se o campo de escoamento com o andamento das linhas de corrente em torno de tr s obst culos Fig 2 8 Visualiza o das linhas de corrente em torno de obst culos 14 2 4 2 Procedimento experimental de manipula o da unidade Depois de ligar as t
6. abertura r pida 6 A recircula o assegurada pela bomba centr fuga 11 que envia gua directamente do tanque de alimenta o para um dado dispositivo experimental ou para um dispositivo de tranquiliza o essencialmente constitu do por esferas de vidro que se pode colocar na extremidade de montante do canal do tampo O caudal control vel por uma v lvula de regula o de caudais 15 ou actuando o variador de velocidades da bomba 14 A press o a jusante da bomba pode medir se no man metro instalado no painel frontal da bancada 3 manipulando uma v lvula de quatro vias A press o na tubagem de aspira o lida noutro man metro instalado directamente na tubagem 9 A bomba centr fuga acima referida est montada na plataforma inferior da bancada o que permite aceder lhe facilmente A gua escoa se no sentido da bomba a partir do tanque de alimenta o 7 atrav s de uma tubagem O escoamento pode ser interrompido por uma v lvula situada sa da do reservat rio 10 A gua enviada pela bomba atrav s de outra tubagem cujo trecho ascendente d acesso ao rot metro 12 que permite medir o caudal A jusante do rot metro existe a v lvula de regula o de caudal 15 situada no canto superior esquerdo da instala o A bomba centr fuga r pida velocidade de 5 000 rpm promove a bombagem de 50 min para a altura total de eleva o de aproximadamente 3 m a altura de eleva o em vazio
7. da do injector pode ser calculada medindo o caudal Qe a rea de sa da do injector A 23 V n a A Contudo como o injector est abaixo do alvo a velocidade do jacto no ponto de impacto V ser menor que a velocidade sa da do injector V atendendo convers o da energia cin tica em energia potencial Aplicando o Teorema de Bernoulli tem se V V 2gh em que h a diferen a de cotas entre o injector e o ponto de impacto Para ambos os alvos do dispositivo TecQuipment h 0 030 m 3 2 4 Procedimento experimental Coloca se o dispositivo para estudo do impacto de jactos TecQuipment descrito no par grafo 2 3 4 no topo da bancada Cussons Fig 2 2 de forma a que fique alinhado com o canal de sec o rectangular Liga se o tubo de abastecimento ao aparelho Fig 2 5 monta se o injector 3 com 10 mm de di metro e o alvo 2 com superf cie plana ou semi esf rica c ncava Fig 3 1 Seguidamente 1 Em repouso na aus ncia de jacto o sistema deve estar em equil brio com a massa m vel apoiado sobre o bra o na origem da escala Para o efeito pode regular se o afinador da mola at que as duas ranhuras do indicador de equil brio sejam ambas vis veis uma acima e a outra abaixo da tampa Alinha se o indicador de posi o 1 com a marca da plataforma Fig 2 5 Liga se a bomba com a v lvula fechada Desloca se a massa para a extremidade i e 140 mm para o alvo plan
8. e o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 Entre os reservat rios coloca se a tubagem rectil nea com 10 mm de di metro P6221 Liga se o tubo de abastecimento ao reservat rio de entrada Seguidamente 33 10 11 Liga se a bomba da bancada por forma a estabelecer o escoamento atrav s da tubagem rectil nea montada entre reservat rios Eleva se o tubo rotativo do reservat rio de sa da de modo a que fique quase na vertical Ajusta se a v lvula de regula o de caudal ou a velocidade da bomba at criar um ligeiro escoamento na tubagem de seguran a do reservat rio de entrada de carga constante Eliminam se as bolhas de ar dos tubos manom tricos e das tubagens flex veis de liga o desses tubos s tomadas de press o da tubagem No reservat rio de montante o n vel situa se a uma altura de 500 mm acima do eixo da conduta Obt m se dez condi es de escoamento Na primeira fixa se o n vel do reser vat rio de sa da aproximadamente em 400 mm Nas seguintes faz se descer esse n vel sucessivamente cerca de 25 mm de cada vez Para cada condi o mede se cuidadosamente o caudal pelo m todo volum trico descrito no par grafo 2 3 5 considerando o volume de 5 litros no tanque de medi o Registam se os resultados no Quadro de Resultados Perdas de Carga em Estreitamentos e Alargamentos sugerido em par grafo 3 4 5 Interrompe se o escoamento para drenagem do dispositivo e substitui o da tubagem rect
9. mento existente no IST e dos correspondentes modos de opera o inclui ainda no Cap tulo 3 os enunciados dos trabalhos dispon veis e os aspectos te ricos que permitem tirar partido da respectiva realiza o N o por m um trabalho acabado Pretende se continuar a evoluir e nessa perspectiva assume grande prioridade a aquisi o de um banco de ensaio de bombas para dar apoio ao estudo das Turbom quinas no mbito da Hidr ulica Il Outros trabalhos podem ser concebidos com o equipamento existente ou com equipamento n o necessariamente dispendioso a adquirir futuramente O car cter inacabado do Manual determina a forma como foi editado em ficheiro com formato digital Portable Disk Format e em dossier com folhas soltas suscept vel de ser facilmente substitu do ou acrescentado Que seja um bom elemento de trabalho para os alunos do IST a satisfa o que do Manual pretendem tirar os seus editores 2 EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL E RESPECTIVA OPERA O 2 1 Introdu o O equipamento actualmente existente no Laborat rio de Hidr ulica do DECivil do Instituto Superior T cnico compreende a Balan a de Hidrost tica Bancadas Cussons com dispositi vos para o estudo de i perdas de carga cont nuas e em singularidades ii impacto de jactos em dispositivo da TecQuipment e iii escoamento sobre descarregadores de parede delgada a Unidade de Visualiza o de Escoamentos o Canal de Inclina o Vari
10. nivelar o equipamento 1 Tanque de areia 6 Po os 2 Estrutura met lica de suporte 7 Tubos manom tricos 3 P s ajust veis 8 N vel de bolha 4 Entradas de gua 9 Difusores da entrada de gua 5 V lvulas de controlo do escoamento Fig 2 11 Unidade de escoamentos em meios porosos Nas duas extremidades do tanque existem entradas de gua 4 reguladas por v lvulas 5 que t m em vista controlar o n vel de gua dentro do tanque A entrada de gua no tanque feita ao longo de dois tubos perfurados ou difusores 9 com consumo uniforme de percurso As duas entradas podem funcionar simult nea ou isoladamente ficando nesse caso uma a funcionar como entrada de gua e a outra como sa da Dois po os 6 instalados no fundo do tanque permitem a realiza o de estudos de simula o de extrac o de gua 18 Existem dezanove furos piezom tricos na base do tanque com uma configura o de cru zeta em planta Fig 2 12 ligados a man metros simples 7 fixados na parede frontal da unidade Os furos podem tamb m ser usados na drenagem do tanque i E E i BRR CRS E T E E Oi MS po Ra So en os Sh a RR O Pa mera aU De do DR podre 1 2 aone 1 14 1518 TRE 19 A SEA a PocuM nt I Focotascente E e a AE a ted E areia Ed e i I Fig 2 12 Posicionamento dos piez metros Pode recorrer se utiliza o de um anel cil ndrico para simular uma escava o e a correspondente drenagem A are
11. 3 9 2 Equipamento utilizado ki i eaea aaan aa aaea ardana deiae do acting 50 3 9 3 Requisitos te ricos tree aaaaaareaeaae nana anaaranenena 50 3 9 4 Procedimento experimental ierereeaaaraneaa 50 3 9 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeereeeteeenas 52 3 10 Curvas de vaz o de descarregadores de parede delgada 52 COMPRE D 0101h o EETA A NE 52 3 10 2 Equipamento utilizado errar naaraneaea 52 3 10 3 Requisitos te ricos iene acareaeane nan anaaranerea 52 3 10 4 Procedimento experimental aerea 53 3 10 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeteenas 54 3 11 Po o atravessando um manto fre tico sobre camada imperme vel horizontal 55 C EA MRS O 0 516411 O EE PRADA EAN RS RR RBG RR RR SRP RR O ERR RPA RA O 55 3 11 2 Equipamento utilizado errar naaraneaaa 55 3 11 3 Requisitos te ricos aaaeeeaa aeaaeae aaa eienn aaia eide 55 3 11 4 Procedimento experimental iene 55 3 11 5 Apresenta o e discuss o de resultados eteeteenas 56 REFER CIAS BIBLIOGR FICAS paris ta ASAS ADE rerea 58 NDICE DE FIGURAS Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig 2 1 Balan a de Hidrost tica ereta na aaarerena ana
12. S rie de ensaios 1 23 45 67 8 9710 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia U m s N mero de Reynolds Re Altura piezom trica entrada y m Altura piezom trica sa da y gt m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria J Perdas de Carga no Estreitamento Brusco Tronco c nico S rie de ensaios 1 2 3 4 5 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia na tubagem de 10 mm U m s Velocidade m dia na tubagem de 20 mm U m s N mero de Reynolds na tubagem de 10 mm Re N mero de Reynolds na tubagem de 20 mm Re Altura piezom trica na sec o 1 y m Altura piezom trica na sec o 5 ys m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria na tubagem de 10 mm Jiomm Perda de carga unit ria na tubagem de 20 mm Jomm Perda de carga cont nua AHeont nua m Perda de carga no estreitamento AHestreitamento M Coeficiente de perda de carga K Perdas de Carga no Alargamento Brusco Tronco c nico pra S rie de ensaios 2 3 4 5 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia na tubagem de 10 mm U m s Velocidade m dia na tubagem de 20 mm U m s N m
13. bancada s o o variador de velocidades da bomba P6101 o reservat rio de entrada de carga constante P6103 o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 e o painel manom trico P6106 Os dispositivos experimentais existentes viabilizam a realiza o do seguinte conjunto de trabalhos determina o de perdas de carga em tubagens rectilineas e em singularidades estudo do impacto de jactos Caracteriza o de curvas de vaz o de descarregadores de parede delgada 2 3 2 Descri o da bancada acess rios e dispositivos experimentais A bancada hidr ulica Cussons e seus acess rios e bem assim o equipamento experimen tal associado foram desenvolvidos de modo a proporcionar uma gama completa de experi ncias no dom nio da Mec nica dos Fluidos A Fig 2 2 ilustra a bancada hidr ulica Cussons equipada com v rios acess rios e os dispositivos necess rios realiza o de uma experi ncia A bancada constitu da por uma estrutura met lica em que se apoiam um tanque de alimenta o 7 cf Fig 2 2 uma bomba centr fuga 11 o correspondente circuito hidr ulico e um tampo superior em fibra de vidro Este tampo sobre o qual se podem instalar os dispositivos necess rios para a realiza o de ensaios tem moldado por sua vez um pequeno canal de sec o transversal rectangular que d acesso a um tanque de medi o de caudais 4 pelo m todo volum trico O volume de gua contido no tanque d
14. brio inicial Para qualquer outra posi o de equil brio necess rio considerar o impacto do jacto de acordo com o esquema representado na Fig 3 4 Do equil brio de momentos vem Fmar Gp a2 as F a2 Gras 0 Esta equa o por sua vez equivalente seguinte Gp as F a Tendo presente que a 0 1565 m e G 5 88 N a for a F em N exercida pelo jacto sobre o alvo dada por F 37 57 as Posi o do alvo Ze zero da escala Fig 3 4 Esquema de for as para qualquer posi o de equil brio 25 3 2 6 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento 1 Anotam se para o alvo seleccionado os valores do caudal e da posi o do peso sobre a escala no Quadro de Resultados Teorema de Euler e Impacto de Jactos Calcula se para cada resultado a velocidade do escoamento sa da do injector Va Corrige se a velocidade de sa da V em fun o da altura do alvo para obter a velocidade do impacto V Calcula se a quantidade de movimento do jacto incidente pQV Faz se o gr fico de varia o da for a de impacto F i e F 37 57 a em fun o da quantidade de movimento Por regress o determina se o declive da recta F vs pQV Compara se o declive obtido com o valores te rico 1 0 ou 2 0 consoante o alvo utilizado e comentam se os resultados Quadro de Res
15. cerca de 16 m A bancada disp e de um man metro montado no painel frontal 3 que pode ser ligado por interm dio de uma v lvula de quatro vias alternadamente a quatro tomadas de press o Estas tomadas situam se respectivamente na sec o de sa da da bomba na sec o de sa da de uma bomba suplementar que actualmente n o existe imediatamente a jusante da v lvula de regula o de caudal em tomadas auxiliares actualmente fora de servi o 2 3 3 Acess rios da bancada Para al m do dispositivo de tranquiliza o do escoamento constitu do por um cubo preenchido com esferas de vidro e que se pode instalar na sec o de entrada do canal situado no tampo da bancada esta disp e na vers o actual dos quatro acess rios que se passam a descrever 1 Variador de velocidades da bomba P6102 Esta unidade 14 permite proceder varia o cont nua da velocidade de rota o da bomba de modo a gerar diferentes curvas caracter sticas da mesma A utiliza o do variador de velocidades tamb m permite uma melhor regula o do caudal particularmente para valores reduzidos do mesmo 2 Reservat rio de entrada de carga constante P6103 O reservat rio de entrada 17 permite garantir carga constante para as experi ncias em que tal necess rio Fixa se bancada por interm dio de dois pernes e serve de suporte a v rios dispositivos experimentais poss vel garantir dois n veis de carga um de 250
16. de um po o que atravessa um manto fre tico sobre camada imperme vel horizontal 3 11 2 Equipamento utilizado Neste trabalho utiliza se a unidade de escoamentos em meios porosos descrita no par grafo 2 6 um cron metro e um recipiente graduado 3 11 3 Requisitos te ricos Para que o trabalho permita consolidar os conhecimentos envolvidos os alunos devem a priori saber aplicar a lei de Darcy ao caso de um po o que atravessa um manto fre tico sobre uma camada imperme vel horizontal Recomenda se o estudo do Cap tulo 13 de Quintela 1981 3 11 4 Procedimento experimental Antes de se iniciarem as medi es o respons vel pela condu o dos ensaios fixa a altura da areia no tanque em 150 mm Al m disso estabelece a liga o das tubagens flex veis de 55 abastecimento dos difusores de entrada 9 cf Fig 2 11 rede geral de abastecimento e a liga o do furo do po o esquerdo 6 drenagem do laborat rio Seguidamente como procedimento experimental 1 2 Abrem se as v lvulas de controlo do escoamento 5 e do furo do po o esquerdo Ajusta se a abertura das v lvulas 5 at se atingirem alturas piezom tricas est veis nos tubos manom tricos Registam se os n veis nos dezanove tubos manom tricos no Quadro de resultados Coloca se a extremidade o tubo flex vel de drenagem do po o esquerdo no recipiente graduado e regista se no Quadro de Resultados Meios Porosos o tempo qu
17. e observa es 3 8 Curvas de regolfo provocadas por uma soleira sobrelevada 3 8 1 Objectivo O objectivo do trabalho consiste no estudo das condi es do escoamento provocadas por uma altera o do perfil do fundo de um canal em consequ ncia da presen a de uma soleira sobrelevada a jusante da qual ocorre um ressalto hidr ulico Pretende se essencialmente verificar as hip teses de conserva o da energia do escoamento sobre a soleira e da conserva o da quantidade de movimento total no ressalto O trabalho tem ainda por objectivo avaliar a for a de arrastamento a que est sujeita a soleira medir o comprimento do ressalto e avaliar a respectiva perda de carga 3 8 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o do canal de inclina o vari vel descrito no par grafo 2 5 Na respectiva sec o final est instalada uma das comportas do canal e numa sec o interm dia em posi o a definir pelo docente respons vel est uma soleira trapezoidal com 72 5 mm de altura As medi es da altura do escoamento s o efectuadas por recurso a um hidr metro de ponta direita que equipa o canal 47 3 8 3 Requisitos te ricos Para que o trabalho permita consolidar os conhecimentos envolvidos os alunos devem priori saber aplicar os princ pios da conserva o da energia e da quantidade de movimento aos escoamentos com superf cie livre Devem ainda saber calcular a perda de carga no ressa
18. mm e outro de 500 mm consoante a experi ncia em que o reservat rio utilizado 3 Reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 O reservat rio de sa da de carga vari vel 2 utilizado conjuntamente com o de carga constante para impor a diferen a de carga necess ria realiza o de uma determinada experi ncia O n vel da gua neste acess rio pode fixar se em qualquer posi o entre 50 mm e 300 mm acima do eixo do dispositivo experimental intercalado entre ele e o reservat rio de carga constante 4 Painel manom trico P6106 O painel manom trico 1 pode ser utilizado para medir perdas de press o ou de carga Este acess rio Fig 2 3 consiste em quatro tubos piezom tricos suscept veis de serem ligados simultaneamente a outras tantas tomadas de press o e num man metro de merc rio em U que se utiliza para medir diferen as de press es elevadas Todos os tubos est o montados num painel vertical que por sua vez se pode fixar ao tampo da bancada As liga es dos tubos s tomadas de press o s o feitas por interm dio de tubagens transparentes flex veis procurando evitar trajectos em sif o para que n o se formem bolhas de ar Os ramos do man metro de merc rio de vem ser preenchidos com gua acima do merc rio tendo o cuidado de purgar bolhas de ar atrav s de uma v lvula colocada no topo do painel Fig 2 3 Painel manom trico P6106 A v lvula de tr s vias e permite igualar os n
19. o 3 Sec o 4 N veis medidos com o hidr metro em mm Sec o 1 Sec o 2 Sec o 3 Sec o 4 Fundo Sup livre Fundo Sup livre Fundo Sup livre Fundo Sup livre Comprimento do ressalto cm I 3 7 5 Apresenta o e discuss o de resultados Ser o comparados os valores da energia espec fica da quantidade de movimento da perda de carga e do comprimento do ressalto calculados com base em medidas de alturas do 46 escoamento do caudal escoado da abertura da comporta e do declive do canal com os valores calculados por via te rica procurando explicar eventuais desvios Tendo em vista facilitar a apresenta o dos resultados sugere se a adop o do seguinte procedimento 1 indica se o caudal escoado 2 classificam se as curvas de regolfo observadas 8 apresentam se na forma de tabela os valores de h ho hs ha Hj Ho Hs Ha My Mo Ms My AH e L em que h designa altura de gua H energia espec fica M quantidade de movimento total ou impuls o total 4H perda de carga no ressalto e L comprimento do mesmo calcula se o valor te rico de h partindo do valor medido de h calcula se o coeficiente de contrac o da comporta calcula se a impuls o na comporta E OD SO a calculam se os valores te ricos de h4 H4 AH e L com base na medi o de hs Por ltimo os alunos devem procurar explicar as diferen as entre previs es
20. veis de merc rio em ambos os ramos do man metro expulsar bolhas de ar que se formem na gua e operar normalmente o man metro De referir que ao avaliar diferen as de press o com o man metro de merc rio se deve considerar uma densidade aparente de 12 6 densidade do merc rio menos densidade da gua 2 3 4 Dispositivos experimentais Tendo em vista a realiza o de algumas experi ncias a bancada est equipada com os dispositivos experimentais a seguir descritos sumariamente a Dispositivos para a determina o de perdas de carga em tubagens rectil neas e em singularidades P6221 e P6222 O conjunto de dispositivos P6221 consiste em i duas tubagens rectil neas com 7 mm e 10 mm de di metro respectivamente ii uma tubagem de 10 mm com quatro curvas a 90 iii uma tubagem de 10 mm com quatro cotovelos a 90 iv um tro o de tubagem com uma v lvula esf rica e v um tro o de tubagem com uma v lvula em Y O conjunto de dispositivos P6222 constitu do por duas tubagens com di metro de entrada igual a 10 mm e di metro de sa da igual a 20 mm uma delas com transi o de sec o em aresta viva e a outra com transi o a 30 Estas tubagens podem ser utilizadas para estudar perdas de carga tanto em contrac es como invertendo o sentido em expans es Os dispositivos referidos podem instalar se entre os reservat rios de entrada P6103 e de sa da P6104 Utiliza se o painel manom trico P6106 par
21. vel e a Unidade de Escoamentos em Meios Porosos Este cap tulo consagrado descri o dos referidos equipamentos pela ordem acima indicada e ao estabelecimento dos procedimentos experimentais gen ricos a adoptar na realiza o dos mesmos 2 2 Balan a de Hidrost tica A balan a de hidrost tica destina se ao estudo experimental da impuls o em superf cies planas e curvas Encontra se representada na Fig 2 1 e inclui um reservat rio R de paredes transparentes em que poss vel controlar o n vel de gua atrav s de um dreno D e uma balan a B de pesos calibrados P Atrav s da opera o desta balan a cujo bra o mede 275 mm poss vel obter o momento associado s press es hidrost ticas que se exercem sobre um quadrante imerso A com as seguintes dimens es raio da superf cie curva exterior 200 mm raio da superf cie curva interior 100 mm espessura 75 mm A Quadrante C Contrapeso P Peso Calibrados B Fulcro da balan a D Dreno R Reservat rio Fig 2 1 Balan a de Hidrost tica Os procedimentos espec ficos do trabalho a realizar na balan a ser o neste caso como para os restantes equipamentos estabelecidos no Cap tulo 3 2 3 Bancada Cussons 2 3 1 Introdu o Descrevem se a seguir a Bancada Cussons P6100 os respectivos acess rios e dispositivos experimentais e os procedimentos experimentais gen ricos de manipula o da bancada Os acess rios da
22. Equipamento utilizado eee areaeene nen anaaraneaaa 41 3 6 9 Reguisitos le ricos 5 22222ha202o2 souenoL Ali iasidisa ago aA Aaa Dada da ua dba bndS aade E Taia 41 3 6 4 Procedimento experimental esereeaaaraneaea 42 3 6 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeeereeteeenes 43 3 7 Curvas de regolfo provocadas por comporta plana com abertura inferior 45 Boto COBJBCIVO siso stereo torna E Sonia calos 60 se sh nda aa a aa RL GSEN Tapada La nelas To Eae ia 45 3 7 2 Equipamento utilizado ceara anaaranenea 45 34 91 Regquisitoste ricoS css sizaihadosososoaboonaLiiaai dass Eo Zonas AEE aa aAA Dada ca ufa RaRTO UA ce abs RUAS 45 3 7 4 Procedimento experimental eres 45 3 7 5 Apresenta o e discuss o de resultados ceeereeteeenos 46 3 8 Curvas de regolfo provocadas por uma soleira sobrelevada 47 3 85 SOBJCCIVO ei aa e ISS n DRDS 10 A aa aa aaaea a aat aa asetada 47 3 8 2 Equipamento utilizado enan e aenar iada edane dritat oiana anai 47 3 8 3 Requisitos IC TICOS oiii aa a a a aaa aea aa aaa 48 3 8 4 Procedimento experimental sssssseenessrertrrtessetrrrntnestetrnnrnneretnrnnnnesenne 48 3 8 5 Apresenta o e discuss o de resultados ceeeeereeeteeenos 49 3 9 Curvas de regolfo provocadas por um estreitamento t 50 REA PA JRR 0 011 1 0 ME ARS UERR RANDON EPE RR PURO RESPEITE NEESS 50
23. IC TICOS a is2a3 a doa aa aa tab all ar UA Rena ah aia Da do aAa taae anal Pa does 27 3 3 4 Procedimento experimental ese reeaaarareaea 28 3 3 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeereeeteeenes 29 3 4 Perdas de carga em alargamentos e em estreitamentos i 32 34 OBJCCIIVO so pis E o Si ai tdo pa saia AL DOIDA DEsO baladas UV d SO ra dag ta SU Uia Us depara to 32 3 4 2 Equipamento utilizado ie arraeeae rea anaaranerena 32 3 4 3 Requisitos Ie ricoS 222 2222uapuadasasbus soa doca Nqaanab alo aa ava Bea gaua Sh ai ana do aia a aaa anal pas dada 33 3 4 4 Procedimento experimental e ierereereaaranerea 33 3 4 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeereeteeenos 35 3 5 Perdas de carga em curvas e em cotovelos eres 37 3 D8 OBJCCIVO so prstiosiiuo A io alli rasasa RAD Uol ladago donad SON pv A 37 3 5 2 Equipamento utilizado ie raeeaeene nana naaranenea 37 3 5 3 Requisitos te ricos rir ieina kakaian ai aaan ia daiis 37 3 5 4 Procedimento experimental ssssnseenesseeerrtresrerrrrrnsrerttrrnrnnerertrnnnnnnnre nne 38 3 5 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeeeeeteeenes 39 3 6 Perdas de carga em v lvulas arara anarareraananaa 41 3 6 1 OBJCCIVO 0 rs niostsivo dado E AE sanada s bois da alisa das E 41 3 6 2
24. Ke INSTITUTO SUPERIOR T CNICO INSTITUTO SUPERIOR T CNICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E ARQUITECTURA SEC O DE HIDR ULICA E DOS RECURSOS H DRICOS E AMBIENTAIS LICENCIATURA EM ENGENHARIA CIVIL HIDR ULICA GERAL Manual dos Trabalhos de Laborat rio Vers o de Abril de 2007 Editores Ant nio Heleno Cardoso D dia Covas NDICE de PREFACIO meda a ee RA a N a a 1 2 EQUIPAMENTO EXPERIMENTAL E RESPECTIVA OPERA O 3 2 1 oligo o 5 er o inann ei a RDRE RR E RE ENTRO a 3 2 2 Balan a de Hidrost tica ereta na naarereaaa nana rennene ne 3 2 3 Bancada CU SO 2 222 e Best agiasd LoL aouaa aa ae aaa a E Aaa aaaea cias ata gb da 4 2 91 INtTOdU O Sesssimes eiat aaa a e T pa siri cparantanabanaL E 4 2 3 2 Descri o da bancada acess rios e dispositivos experimentais 4 2 3 3 Acess rios da bancada siei iaraa eana ai aa aeaa a iaaa aiaa aa haaa nabo AE do 7 2 3 4 Dispositivos experimentais irereeeea narrar tenn nennt 9 2 3 5 Procedimentos experimentais de manipula o da bancada 10 2 4 Unidade de Visualiza o de Escoamentos ns 13 241 Descri o da Unidades a oera adete 13 2 4 2 Procedimento experimental de manipula o da unidade 15 2 5 Canal de Inclina o Vari vel e iirereeeacanereeaananananaa 16 2 9 1 Des ri o do canalin ere at o a aade 16 2 5 2 Procedimen
25. Manzanares 1980 Cap 4 3 9 4 Procedimento experimental Antes de se iniciarem as medi es o respons vel pela condu o dos ensaios procede ao ajustamento da abertura da v lvula de cunha a inclina o do canal e a abertura das comportas para as condi es a analisar Estas vari veis devem permanecer inalteradas no decurso do ensaio O andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento o que se apresenta na Fig 3 13 onde se indicam esquematicamente as sec es de medi o das alturas do escoamento numeradas de 1 a 5 50 Fig 3 13 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento Aos alunos compete medir as alturas da gua montante sensivelmente a meio e a jusante do estreitamento a montante e a jusante do ressalto hidr ulico em sec es a indicar pelo respons vel registar a posi o das sec es de medi o medir o comprimento aproximado do ressalto e a altura do escoamento em rela o crista do descarregador Bazin ver Quadro de Resultados Estreitamento Quadro de Resultados Estreitamento Caudal UST Declive Abertura da comporta de jusante m Dist ncia das sec es de medi o entrada do canal Sec o 1 Sec o 2 Sec o 3 Sec o 4 Sec o 5 N veis medidos com o hidr metro em mm Sec o 1 Sec o 2 Sec o 3 Sec o 4 Sec o 5
26. a o da teoria de escoamentos potenciais aplicada a perfis alares espessos White 1999 p 528 e seguintes De acordo com esta teoria a for a de sustenta o por unidade de comprimento F aplicada a perfis alares espessos define se por 2 F CLrE 29 em que y o peso vol mico do fluido L o comprimento da corda do perfil e U a velocidade do escoamento na zona n o perturbada do mesmo Fig 3 5 27 Linha M dia E B Fig 3 5 Geometria do perfil alar O coeficiente de sustenta o C dado por Ee 2d 0 77 T sen a 0 em que 96 arctan 2H L e H o desvio m ximo entre a linha m dia do perfil e a sua corda T a espessura do perfil e cx o ngulo de ataque Fig 3 6 Fig 3 6 Padr o das linhas de corrente em torno do perfil alar No caso presente L 153 mm T 28 mm H 8 mm Lagexr 162mm Lasinr 160 mm e Lasm d 156 mm em que Lapexr O comprimento do extradorso do perfil alar Lagin O comprimento do correspondente intradorso e Lasm a O comprimento da linha m dia 3 3 4 Procedimento experimental Para efectuar o trabalho os alunos devem munir se de caneta de acetato Uma vez colocada a bancada em funcionamento e estabelecido o escoamento do fluido marcador de acordo com o procedimento descrito no par grafo 2 4 2 1 mede se o n vel da gua N no tubo ascendente 13 cf Fig 2 7 relativamente base da unidade de visualiza o de escoamento
27. a sa da y gt m Perda de carga total m Perda de carga na v lvula 4H m Perda de carga unit ria J Coeficiente K Abertura da v lvula mm da abertura da v lvula 44 3 7 Curvas de regolfo provocadas por comporta plana com abertura inferior 3 7 1 Objectivo O objectivo do trabalho consiste no estudo das condi es do escoamento provocado por uma comporta plana vertical com abertura inferior a jusante da qual ocorre um ressalto hidr ulico Pretende se essencialmente verificar as hip teses de conserva o da energia espec fica junto comporta e da conserva o da quantidade de movimento total no ressalto O trabalho tem ainda por objectivo medir o comprimento do ressalto e avaliar a respectiva perda de carga 3 7 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o do canal de inclina o vari vel descrito no par grafo 2 5 Na respectiva sec o final est instalada uma das comportas do canal e numa sec o interm dia est instalada a outra comporta As medi es da altura do escoamento s o efectuadas por recurso a um hidr metro de ponta direita que equipa o canal 3 7 3 Requisitos te ricos Para que o trabalho permita consolidar os conhecimentos envolvidos os alunos devem a priori saber aplicar a escoamentos com superf cie livre os princ pios da conserva o da energia e da qua
28. a de carga continua 4Hconbt nua M Perda de carga por curva AHecurva Coeficiente de perda de carga K 40 3 6 Perdas de carga em v lvulas 3 6 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na caracteriza o de perdas de carga em v lvulas nomeadamente numa v lvula esf rica e numa v lvula sede cil ndrica inclinada 3 6 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o da bancada Cussons cf par grafo 2 3 2 equipada com o reservat rio de entrada de carga constante P6103 o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 e o painel manom trico P6106 Al m destes acess rios da bancada Cussons utilizam se os seguintes dispositivos experimentais da mesma bancada i tubagem rectil nea P6221 com 10 mm de di metro Fig 3 8a ii tubagem rectil nea P6221 com uma v lvula esf rica Fig 3 10a iii tubagem rectil nea P6221 com uma v lvula sede cil ndrica inclinada Fig 3 10b O dispositivo P6221 para estudo de perdas de carga compreende o conjunto de seis trechos de tubo No presente ensaio apenas ser o utilizados tr s dos trechos acima referidos e apresentados nas Fig 3 8a e Fig 3 10a b Fig 3 10 Tubagens P6221 a trecho recto com uma v lvula esf rica e b trecho recto com uma v lvula de sede cil ndrica inclinada 3 6 3 Requisitos te ricos A realiza o deste trabalho
29. a medir perdas de carga e para as relacionar com o caudal Descarregadores de parede delgada P6225 Tendo em vista a caracteriza o de curvas de vaz o de descarregadores de parede delgada existem tr s descarregadores que integram o dispositivo de ensaio P6225 Na Fig 2 4 est o esquematicamente representados os tr s descarregadores com os comprimentos expressos em mil metros 90 100 70 Fig 2 4 Descarregadores de parede delgada P6225 Dispositivo para o estudo do impacto de jactos TecQuipment Este dispositivo cf Fig 2 5 pode ser utilizado para estudar a ac o de um jacto de gua sobre dois alvos intermut veis nomeadamente uma placa plana e uma superf cie semi esf rica c ncava O jacto criado por um injector com 10 mm de di metro 9 1 Indicador de Equil brio 5 Dreno 2 Alvo 6 Bra o graduado 3 Injector 7 Massa 4 Alimenta o 8 Charneira Fig 2 5 Dispositivo para o estudo do impacto de jactos TecQuipment No dispositivo TecQuipment a forma de equilibrar a for a resultante do impacto de jactos obtida deslocando uma massa de 0 600 kg sobre um bra o graduado O alvo fixado a esse bra o na origem da escala de acordo com a Fig 2 6 Massa 0 600 kg Indicador de Equil brio Injectar Fig 2 6 Esquema do sistema de equil brio de for as TecQuipment 2 3 5 Procedimentos experimentais de manipula o da bancada 1 Procedimento de arranque de um ens
30. acaneaeaaanaa 4 2 2 Bancada hidr ulica Cussons e acess rios renina 6 2 3 Painel manom trico P6106 errar aa arara 8 2 4 Descarregadores de parede delgada P6225 a 9 2 5 Dispositivo para o estudo do impacto de jactos TecQuipmentd 10 2 6 Esquema do sistema de equil brio de for as TecQuipment 10 2 7 Unidade de visualiza o de escoamentos vista frontal em cima eplanta em DAIxO 2 22cpuiidos oraria aa aaa a aba aa OLD edad cado ada Deh Ada Saba NAA 13 2 8 Visualiza o das linhas de corrente em torno de obst culos 14 2 9 Canal de inclina o vari vel careaeere nan anaaraneneaa 16 2 10 Esquema do canal de inclina o vari vel a 17 2 11 Unidade de escoamentos em meios porosos estrene 18 2 12 Posicionamento dos piez metros eterna 19 3 1 Caracter sticas geom tricas dos alvos alvo semi esf rico e alvo plano 22 3 2 Impacto do jaCiO sessao sos anerasastra does asda Lad aa a a A sn aE aa Eve pa 23 3 3 Esquema de for as na posi o de equil brio inicial ssiis 25 3 4 Esquema de for as para qualquer posi o de equil brio 25 3 5 Geometria do perfil alar essa caaeareranaaaaaananeaaa 28 3 6 Padr o das linhas de corren
31. aio Para iniciar uma dada experi ncia adopta se o seguinte procedimento a Abre se completamente a v lvula situada a jusante do tanque de aspira o 10 10 b Verifica se o n vel de gua no tanque de aspira o e enche se se necess rio at 20 mm do seu bordo superior c Consoante os casos coloca se o cubo de tranquiliza o na zona de montante do canal da bancada ou coloca se no seu tampo o dispositivo experimental necess rio realiza o de uma dada experi ncia fixando o nos pernes existentes d Liga se o tubo flex vel transparente de alimenta o situado a jusante da v lvula de regula o de caudal 15 ao cubo de tranquiliza o ou ao dispositivo experimental instalado e Fecha se a v lvula de regula o de caudal 15 f Liga se a bancada a uma tomada de corrente e liga se a bomba g Fixa se o caudal pretendido actuando sobre a v lvula 15 e ou sobre o variador de velocidades de rota o da bomba 2 Regula o do caudal Embora existam duas v lvulas no circuito de bombagem s se deve utilizar a que se encontra no canto superior esquerdo da bancada para efeitos de regula o do caudal v lvula 15 A outra v lvula a 10 deve ser mantida totalmente aberta Tamb m se pode regular o caudal actuando na velocidade de rota o da bomba atrav s do variador de velocidades 14 3 Medi o do caudal O caudal pode ser medido por tr s m todos diferentes que se passam a descrever M t
32. apresentados nas Fig 3 8a e Fig 3 9a b a 52 T 360 mm T a Bad Mo TES SE Fig 3 9 Tubagens P6221 a Trecho com quatro curvas e o di metro interno de 10 mm e b Trecho com quatro cotovelos com o di metro interno de 10 mm 3 5 3 Requisitos te ricos A realiza o deste trabalho requer conhecimentos te ricos sobre perdas de carga cont nuas em escoamentos turbulentos uniformes em tubos circulares comerciais e sobre perdas de 37 carga singulares em alargamentos e estreitamentos Recomenda se o estudo dos par grafos 7 7 e 9 3 de Quintela 1981 3 5 4 Procedimento experimental Antes de iniciar os ensaios monta se o painel manom trico da bancada P6106 o reservat rio de entrada de carga constante P6103 e o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 Entre os reservat rios coloca se a tubagem rectil nea com 10 mm P6221 Liga se o tubo de abastecimento ao reservat rio de entrada Seguidamente 1 Liga se a bomba da bancada por forma a estabelecer o escoamento atrav s da tubagem rectil nea montada entre reservat rios Eleva se o tubo rotativo do reservat rio de sa da de modo a que fique quase na vertical Ajusta se a v lvula de regula o de caudal ou a velocidade da bomba at criar um ligeiro escoamento na tubagem de seguran a do reservat rio de entrada de carga constante Eliminam se as bolhas de ar dos tubos manom tricos e das tubagens flex veis de liga o s tomadas de
33. arga total AHt y y gt O significado de y e de y gt est definido no Quadro de Resultados Calcula se a perda de carga unit ria sabendo que o comprimento da tubagem entre as tomadas de press o de entrada e de sa da 360 mm Por regress o obt m se a equa o log J a log U a gt Criticam se os resultados com base designadamente na equa o de Blasius C Relativamente s perdas de carga nos estreitamentos e alargamentos Repetem se os pontos 1 a 3 anteriores Calcula se as perdas de carga unit rias para as tubagens de 10 mm e de 20 mm com base na equa o obtida no ponto 5 Calcula se a perda de carga cont nua sabendo que entre as tomadas de press o 1 e 5 os comprimentos totais das tubagens de 10 mm e de 20 mm s o os que constam da Fig 3 8 Calculam se as alturas piezom tricas das sec es 2 e 4 e comparam se os valores obtidos com as medi es realizadas Calcula se a perda de carga no estreitamento alargamento subtraindo a perda de carga cont nua calculada da perda de carga total medida Exprime se a perda de carga no estreitamento alargamento em termos do coeficiente K da express o 4H K U 29 em que U a velocidade m dia do escoamento e g a acelera o da gravidade Criticam se os resultados com base na informa o contida na literatura 35 Quadro de Resultados Perdas de Carga em Estreitamentos e Alargamentos Perdas de Carga Cont nuas tubagem de 10 mm
34. as curvas tendo presente que o comprimento da tubagem entre tomadas de press o tamb m 540 mm 39 Quadro de Resultados Perdas de Carga Singularidades Perdas de Carga Cont nuas S rie de ensaios 1 12 13 14 5 6 17 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia U m s N mero de Reynolds Re Altura piezom trica entrada y1 m Altura piezom trica sa da ys m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria J Perdas de Carga nas Curvas S rie de ensaios 1 2 3 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q I s Velocidade m dia U m s N mero de Reynolds Re Altura piezom trica entrada y m Altura piezom trica sa da y2 m Perda de carga total 4H m Perda de carga unit ria J Perda de carga continua 4AHcontinua M Perda de carga por curva AHecurva Coeficiente de perda de carga K Perdas de Carga nos Cotovelos S rie de ensaios 1 2 3 Volume de gua medido l Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia U m s N mero de Reynolds Re Altura piezom trica entrada y m Altura piezom trica sa da y2 m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria J Perd
35. bagem entre tomadas de press o 360 mm Calcula se a perda de carga para cada posi o P da v lvula subtraindo a perda de carga cont nua calculada da perda de carga total medida 43 5 Exprime se a perda de carga localizada para cada posi o P da v lvula em termos do coeficiente K da equa o AH K U 29 sendo U a velocidade m dia do escoamento e g a acelera o da gravidade 6 Tra am se os gr ficos da varia o de K com o grau de abertura da v lvula para cada s rie de ensaios 7 Criticam se os resultados com base em informa o contida na literatura Quadro de Resultados Perdas de Carga em V lvulas Perdas de Carga Cont nuas Temperatura da gua PG S rie Volume de gua medido 1 Tempo de medi o s Caudal Q l s Velocidade m dia U m s N mero de Reynolds Re Altura piezom trica entrada y1 m Altura piezom trica sa da y2 m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria J Log J __ Log U _ Perdas de Carga Localizadas na V lvula S rie P1 P2 P3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Volume de gua recolhida m Tempo para recolha da gua t s Caudal m s Velocidade m dia U m s N de Reynolds Re Altura cin tica V2 2g m Altura piezom trica entrada y m Altura piezom tric
36. bo 11 12 13 14 15 16 17 18 19 h mm Tempo s Volume 4 57 4 REFER CIAS BIBLIOGR FICAS Manzanares A A 1980 Hidr ulica Geral ll T cnica AEIST Lisboa Quintela A C 1981 Hidr ulica Funda o Calouste Gulbenkian Lisboa White F M 1999 Fluid Mechanics McGraw Hill Singapore 58
37. cular ao intradorso do perfil faz com a horizontal e B o ngulo correspondente para o extradorso Para efeitos de c lculo resumem se a seguir as principais caracter sticas geom tricas do campo do escoamento e do perfil Lu 0 60 m B 0 003m N 0 145 m L 0 153 m LABextr 0 162 m LABintr 0 160 LasBm a 0 156 m T 0 028 m H 0 008 m 30 Quadro de C lculo For a de Sustenta o de um Perfil Alar E No M m U Q BLu ms 10 F ZF senlg Z F7 sen 6 Nm 31 3 4 Perdas de carga em alargamentos e em estreitamentos 3 4 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na caracteriza o de perdas de carga em alargamentos e em estreitamentos bruscos e tronco c nicos 3 4 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o da bancada Cussons cf par grafo 2 3 2 equipada com o reservat rio de entrada de carga constante P6103 o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 e o painel manom trico P6106 Fig 3 7 Fig 3 7 Visualiza o das perdas de carga cont nuas e localizadas Al m dos referidos acess rios da bancada Cussons utilizam se os seguintes dispositivos experimentais da mesma bancada i tubagem rectil nea P6221 com 10 mm de di metro Fig 3 8a ii tubagem rectil nea P6222 com estreitamento alargament
38. e demora a perfazer um dado volume de gua nesse recipiente Repete se o procedimento a partir do ponto 3 depois de ajustar de forma diferente as v lvulas de controlo do escoamento 5 Desliga se o abastecimento de gua e termina se o ensaio 3 11 5 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento 1 Tra a se o gr fico da altura piezom trica h em fun o da dist ncia medida a partir do eixo do po o utilizando as leituras dos tubos manom tricos 1a 3 e 10 a 19 cf Fig 2 12 Colocam se no mesmo gr fico os resultados obtidos nos tubos manom tricos 4 a 9 ficando assim definida a configura o tridimensional do cone de depress o Sabendo o valor do caudal medido e das alturas piezom tricas em dois tubos manom tricos considerados os mais apropriados determina se a permeabilidade K atrav s da lei de Darcy Analisam se os resultados obtidos por compara o com a solu o anal tica pertinente comentando a influ ncia da permeabilidade na configura o do cone de depress o 56 Quadro de Resultados Meios Porosos 1 ensaio Tubo 1 2 3 4 5 6 7 819 10 h mm Tubo 11 12 13 14 15 16 17 18 19 h mm Tempo s Volume 4 2 ensaio Tubo 1 2 13 4 5 6 7 8 9 10 h mm Tu
39. e medi o 4 num dado instante pode ser avaliado com o aux lio de uma pequena tubagem transparente graduada em litros 5 exterior ao tanque e em comunica o com ele Tendo em vista garantir precis o adequada para toda a gama de caudais utiliz veis o tanque tem uma sec o mais estreita a n vel inferior onde pode armazenar 10 de gua e uma sec o mais larga a n vel superior onde armazena mais 35 Z Existe tamb m um rot metro 12 e um descarregador triangular em acr lico transparente que se pode montar na extremidade de jusante do canal do tampo da bancada que permitem a leitura cont nua do caudal escoado 1 Painel manom trico 10 V lvula de sa da do reservat rio de alimenta o 2 Reservat rio de sa da de carga vari vel 11 Bomba centr fuga 3 Man metro com v lvula de quatro vias 12 Rot metro 4 Tanque para medi o de caudais 13 Interruptor geral 5 Tubagem graduada para medir caudais 14 Variador de velocidades da bomba 6 V lvula esf rica 15 V lvula reguladora de caudais 7 Tanque de alimenta o 16 Tubo flex vel 8 Rodas da bancada 17 Reservat rio de entrada de carga constante 9 Man metro Fig 2 2 Bancada hidr ulica Cussons e acess rios O tanque de medi o equipado com uma descarga de seguran a para evitar extravasamentos descarrega pelo fundo para o tanque de alimenta o com uma capacidade de 120 atrav s de uma tubagem controlada por uma v lvula esf rica de
40. ero de Reynolds na tubagem de 10 mm Re N mero de Reynolds na tubagem de 20 mm Re Altura piezom trica na sec o 1 y1 m Altura piezom trica na sec o 5 ys m Perda de carga total AH m Perda de carga unit ria na tubagem de 10 mm Jomm Perda de carga unit ria na tubagem de 20 mm Jzomm Perda de carga cont nua 4Hoont nua m Perda de carga no alargamento AHalargamento M Coeficiente de perda de carga K 36 3 5 Perdas de carga em curvas e em cotovelos 3 5 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na caracteriza o de perdas de carga em curvas e em cotovelos 3 5 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o da bancada Cussons cf par grafo 2 3 2 equipada com o reservat rio de entrada de carga constante P6103 o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 e o painel manom trico P6106 Al m destes acess rios da bancada Cussons utilizam se os seguintes dispositivos experimentais da mesma bancada i tubagem rectil nea P6221 com 10 mm de di metro Fig 3 8a ii tubagem rectil nea P6221 com quatro curvas Fig 3 9a iii tubagem rectil nea P6221 com quatro cotovelos Fig 3 9b O dispositivo P6221 para estudo de perdas de carga compreende o conjunto de seis trechos de tubo No presente ensaio apenas ser o utilizados tr s dos trechos acima referidos e
41. exercida no alvo igual e oposta for a que actua na gua e que provoca a mudan a de direc o 22 ay Fig 3 2 Impacto do jacto O princ pio da conserva o da quantidade de movimento aplicado a um volume de controle definido entre a sec o de entrada sec o 1 e a sec o de sa da sec o 2 toma a forma G 7 I M M 0 em que G representa o peso do l quido contido no volume de controle a resultante das for as de contacto a resultante das for as locais de in rcia e Mm M a resultante das quantidades de movimento entradas para o volume de controle e dele sa das por unidade de tempo Tratando se de escoamento permanente tem se 0 desprezando o efeito do peso do fluido obt m se na direc o do jacto incidente Fig 3 2 x pQ V V cos6 0 em que 7 a resultante da for a que a gua exerce sobre o alvo segundo a referida direc o Pretendendo se determinar a for a F que o alvo exerce sobre o fluido tem se F m Por isso F pQ V V cos8 pQV 1 cos8 Nos casos em estudo considera se que as condi es da experi ncia s o tais que o ngulo de sa da do escoamento paralelo ao ngulo de sa da do alvo 8 Para o alvo plano o ngulo 6 de sa da igual a 90 e cos6 0 vindo F F 0QV ERSE pQV QV 1 0 Para o alvo semi esf rico o ngulo 6 de sa da igual a 180 e cos6 1 vindo F 200V F 2 0 pQV A velocidade V do jacto sa
42. gravidade 20 3 1 4 Procedimento experimental Antes de iniciar os ensaios calibra se a balan a deslocando o contrapeso C cf Fig 2 1 at a balan a ficar em equil brio na posi o horizontal Seguidamente 1 Coloca se gua no reservat rio R garantindo que ambas as superf cies curvas do quadrante ficam parcialmente submersas Equilibra se o momento resultante da impuls o hidrost tica com o dos pesos da balan a Registam se os valores do n vel da gua no reservat rio medido na escala graduada do quadrante e dos pesos utilizados para equilibrar a balan a Repete se o procedimento para um novo n vel da gua de modo a que apenas a superf cie curva inferior fique parcialmente submersa Apresenta o e discuss o de resultados 3 1 5 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento 1 Calculam se para o primeiro n vel de gua duas superf cies submersas as componentes horizontais da impuls o nas superf cies curvas as componentes verticais da impuls o nas superf cies curvas as coordenadas dos centros de impuls o das superf cies curvas no referencial ortonormado com origem no fulcro a impuls o vertical sobre a parte submersa do quadrante e a dist ncia da respectiva linha de ac o ao fulcro Por equil brio de momentos validam se os resultados anteriores e discute
43. ia utilizada nos ensaios caracterizada pelo di metro mediano de 1 4 mm 3 ENUNCIADOS DOS TRABALHOS 3 1 Impuls o em superf cies curvas 3 1 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na determina o das componentes horizontal e vertical da impuls o nas paredes curvas de um corpo mergulhado em gua bem como do res pectivo ponto de aplica o centro de impuls o 3 1 2 Equipamento utilizado O equipamento utilizado no estudo da impuls o em superf cies curvas a balan a de hidrost tica Fig 2 1 descrita no par grafo 2 2 3 1 3 Requisitos te ricos A elabora o deste trabalho exige conhecimentos de Hidrost tica Apresenta se em segui da um breve resumo de express es fundamentais que podem ser aplicadas ao c lculo da impuls o sobre superf cies planas ou curvas A componente vertical da impuls o Zy igual ao peso do volume de l quido delimitado pela superf cie premida pelas projectantes verticais tiradas pelo contorno daquela superf cie e pela superf cie livre do l quido Assim em que y o peso vol mico do l quido e v o volume de l quido acima definido A componente horizontal da impuls o segundo uma dada direc o IT igual impuls o hidrost tica exercida sobre a projec o ortogonal da superf cie premida num plano normal referida direc o Assim II 7 A h em que A a rea da superf cie projectada e h a profundidade do correspondente centro de
44. il nea pela tubagem com estreitamento tronco c nico Ligam se as tomadas de press o ao man metro Estabelece se o escoamento e drena se o ar do man metro e das tubagens flex veis de liga o Estabelecem se cinco condi es de escoamento Na primeira fixa se o n vel de gua do reservat rio de sa da aproximadamente em 350 mm para cada uma das seguintes faz se descer sucessivamente o n vel cerca de 20 mm Mede se cuidadosamente o caudal pelo m todo referido para a tubagem rectil nea Registam se os resultados Repete se o ponto 3 instalando a mesma tubagem mas invertida alargamento tronco c nico Repete se o ponto 4 Repete se o ponto 3 instalando a tubagem com estreitamento brusco Repete se o ponto 4 fixando inicialmente o n vel do reservat rio de sa da em 350 mm e fazendo descer esse n vel 20 mm para cada uma das condi es de escoamento seguintes Repete se o ponto 3 instalando a tubagem do ponto 7 mas invertida alargamento brusco Repete se o ponto 8 Mede se a temperatura da gua 34 3 4 5 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte A Obt m se a massa vol mica e a viscosidade da gua em fun o da temperatura B Relativamente s perdas de carga cont nuas 1 Calcula se a velocidade m dia do escoamento para cada condi o de ensaio Calcula se o n mero de Reynolds Calcula se a perda de c
45. ivamente cerca de 25 mm de cada vez Para cada condi o mede se cuidadosamente o caudal pelo m todo volum trico descrito no par grafo 2 3 5 considerando o volume de 5 litros no tanque de medi o Registam se os resultados no Quadro de Resultados sugerido no par grafo 3 6 5 8 Interrompe se o escoamento para drenagem do dispositivo e substitui o da tubagem rectil nea pela tubagem rectil nea P6221 com uma v lvula esf rica Ligam se as tomadas de press o ao man metro Estabelece se o escoamento e drena se o man metro e tubagens flex veis de liga o 4 Realizam se 3 s ries de medi es relativamente aos n veis no reservat rio de jusante de 400 mm 300 mm e 200 mm respectivamente Cada s rie de medi es efectuada para tr s posi es distintas de abertura da v lvula v lvula totalmente aberta ou coincidente com o tra o branco grosso mais afastado do man pulo posi o P1 fecha se a v lvula at ao tra o fino seguinte posi o P2 fecha se ainda mais a v lvula at ao ltimo tra o branco situado mais perto do man pulo posi o Ps 42 Relativamente v lvula de sede cil ndrica inclinada a total de abertura ou posi o P est a 16 mm da posi o totalmente fechada a posi o P est a 8 mm e a posi o P a 5 mm respectivamente Ap s estabelecido um regime de escoamento permanente e para cada posi o de abertura da v lvula referida P4 P gt e P3 medem se cuidadosame
46. lto hidr ulico em canais rectangulares horizontais e o respectivo comprimento aproximado Sugere se o estudo de Manzanares 1980 Cap 4 3 8 4 Procedimento experimental Antes de se iniciarem as medi es o respons vel pela condu o dos ensaios deve fixar a abertura da v lvula de cunha do circuito de alimenta o canal a inclina o do canal e a abertura da comporta de jusante Estas vari veis devem permanecer inalteradas no decurso do ensaio O andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento o que se apresenta na Fig 3 12 onde se indicam esquematicamente as sec es de medi o das alturas do escoamento numeradas de 1 a 5 1 2 3 4 5 Fig 3 12 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento Aos alunos compete medir as alturas da gua a montante sobre e a jusante da soleira a montante e jusante do ressalto hidr ulico em sec es a indicar pelo respons vel registar a posi o das sec es de medi o medir o comprimento aproximado do ressalto e a altura do escoamento em rela o crista do descarregador Bazin ver Quadro de Resultados soleira 48 Quadro de Resultados Soleira Caudal ts Declive Abertura da comporta de jusante m Dist ncia das sec es de medi o entrada do canal Sec o 1 Sec o 2 Sec o 3 Sec o 4 Sec o 5 N veis medidos com o hidr metro em mm Sec
47. m se eventuais desvios Repete se o procedimento anterior para o segundo n vel de gua tendo presente que passa a existir somente uma superf cie curva submersa 21 3 2 Estudo do impacto de jactos 3 2 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na determina o da for a de impacto de jactos em alvos de formas diferentes 3 2 2 Equipamento utilizado O equipamento experimental utilizado no estudo do impacto de jactos o dispositivo TecQuipment apresentado no par grafo 2 3 4 Podem ser utilizados dois alvos intermut veis um deles tem a face inferior semi esf rica c ncava e o outro tem a face plana cf Fig 3 1 Fig 3 1 Caracter sticas geom tricas dos alvos alvo semi esf rico e alvo plano Durante o ensaio a gua sai em jacto atrav s do injector acertando no alvo cf Fig 2 5 O injector tem 10 mm de di metro interior 3 2 3 Requisitos Te ricos Quando um jacto de gua com uma dada velocidade incide numa superf cie s lida a gua deflectida pela superf cie Desprezando diferen as de cota ao longo da superf cie e perdas de energia mec nica por atrito e por choque a velocidade do escoamento resulta constante Considere se um jacto de gua cujo impacto na superf cie do alvo causa a mudan a de direc o de um ngulo 6 conforme se ilustra na Fig 3 2 Nas referidas condi es o m dulo da velocidade ao longo da superf cie igual velocidade incidente V A for a
48. mediatamente a jusante da v lvula de regula o de caudal 15 ou numa tomada de press o auxiliar seleccionando a posi o correspondente da v lvula de quatro vias instalada no canto superior direito do painel frontal da bancada A press o na tubagem de aspira o da bomba pode ler se no man metro 9 instalado directamente sobre a tubagem De notar que quando se mede a press o sa da da bomba se devem adicionar 0 07 bar leitura pelo facto de o man metro associado v lvula de quatro vias se encontrar 0 7 m acima da tomada de press o aconselh vel rodar sempre a v lvula de selec o das tomadas de press o no sentido contr rio ao da rota o dos ponteiros do rel gio para evitar a injec o de gua previamente acumulada na tubagem da tomada auxiliar quando esta n o est em uso situa o actual Procedimento de paragem Para parar um ensaio procede se do seguinte modo i Fecha se a v lvula de regula o de caudais 15 ii Abre se a v lvula esf rica de sa da do tanque de medi o 6 ii Leva se a velocidade de rota o da bomba a zero actuando o variador de velocidades 14 iv Desliga se a bomba 2 4 Unidade de Visualiza o de Escoamentos 2 4 1 Descri o da unidade A unidade de visualiza o de escoamentos Armfield LaminarFLow Analysis Table representada esquematicamente na Fig 2 7 permite obter e observar linhas de corrente e traject rias em torno de obst culos colocados no
49. nquilizador descorregador Bazin PLANTA Fig 2 10 Esquema do canal de inclina o vari vel dist ncia de 1 45 m a montante do descarregador Bazin est instalado um hidr metro de ponta direita num copo em contacto com a gua da caleira viabilizando a medi o da altura do escoamento em rela o crista e desse modo o c lculo do caudal A gua que se escoa sobre o descarregador Bazin encaminhada pelos circuitos de retorno e pelo sistema de bombagem do Laborat rio para o tanque de n vel constante acima referido concluindo se assim o percurso da gua em circuito fechado 2 5 2 Procedimento experimental Para efeitos da realiza o do trabalho fixa se o declive do canal ao longo de toda a sua extens o n o devendo os alunos actuar as roldanas de ajustamento da inclina o sob pena de poderem causar danos na instala o 17 Antes do in cio das medi es o respons vel pela condu o dos ensaios fixar a abertura da v lvula de cunha e a abertura das comportas Estas vari veis devem permanecer inalteradas ao longo das medi es 2 6 Unidade de Escoamentos em Meios Porosos A unidade de escoamentos em meios porosos representada esquematicamente na Fig 2 11 consiste num tanque 1 com 1 115 m de comprimento 0 585 m de largura e 0 530 m de altura constru do em fibra de vidro e suportado por uma estrutura met lica 2 Quatro p s ajust veis 3 permitem com a ajuda de um n vel de bolha 8
50. nte os n veis piezom tricos a montante e a jusante da v lvula com base nas r guas graduadas existentes e o caudal utilizando o tanque volum trico e um cron metro Registam se os resultados Repete se o ponto 3 do procedimento instalando a tubagem P6221 com uma v lvula de sede cil ndrica inclinada Repete se o ponto 4 fixando inicialmente o n vel do reservat rio de sa da para cada uma das condi es de escoamento Mede se a temperatura da gua 3 6 5 Apresenta o e discuss o de resultados Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento A Obt m se a massa vol mica e a viscosidade da gua em fun o da temperatura B Relativamente s perdas de carga cont nuas 2 3 4 Calcula se a velocidade m dia do escoamento para cada condi o de ensaio Calcula se o n mero de Reynolds Calcula se a perda de carga total AHi y1 y2 Calcula se a perda de carga unit ria sabendo que o comprimento da tubagem entre as tomadas de press o de entrada e sa da 360 mm Por regress o obt m se a equa o log J a log U a gt Criticam se os resultados com base designadamente na equa o de Blasius C Relativamente s perdas de carga nas v lvulas 1 Repetem se os pontos 1 a 3 anteriores Calcula se a perda de carga unit ria com base na equa o referida no ponto 5 Calcula se a perda de carga cont nua sabendo que o comprimento da tu
51. ntidade de movimento Devem ainda saber calcular a perda de carga no ressalto hidr ulico em canais rectangulares horizontais e o respectivo comprimento aproximado Sugere se o estudo de Manzanares 1980 Cap 4 3 7 4 Procedimento experimental Antes de se iniciarem as medi es o respons vel pela condu o dos ensaios deve fixar a abertura da v lvula de cunha do circuito de alimenta o do canal a inclina o do canal e a abertura das comportas Estas vari veis devem permanecer inalteradas no decurso do ensaio z O andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento o que se representa na Fig 3 11 onde se indicam esquematicamente as sec es de medi o das alturas do escoamento numeradas de 1 a 4 45 L TES Ei A Ei Ei Ri 7 ZEF 1 2 3 4 Fig 3 11 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento Aos alunos compete medir as alturas da gua a montante e a jusante da primeira comporta e do ressalto hidr ulico em sec es a indicar pelo respons vel registar a posi o das sec es de medi o medir o comprimento aproximado do ressalto e a altura do escoamento em rela o crista do descarregador Quadro de Resultados Comporta Quadro de Resultados Comporta Abertura das comportas m Caudal 15 Declive De montante De jusante Dist ncia das sec es de medi o entrada do canal Sec o 1 Sec o 2 Sec
52. o Prof Ant nio Carvalho Quintela foi acompanhado pela concep o de trabalhos experimentais que muito podem contribuir para uma melhor compreens o de conceitos fundamentais da Hidr ulica pelos alunos que os realizem Esta preocupa o com o ensino experimental recebeu um significativo impulso na d cada de noventa particularmente na sequ ncia do Programa Ci ncia No que se refere ao Laborat rio de Hidr ulica e Recursos H dricos do IST foi decisiva a interven o do Prof Ant nio Trigo Teixeira com vis o de futuro conduziu o processo de aquisi o dos equipamentos de forma a que sendo dirigidos essencialmente para a investiga o viessem a permitir em muitos casos a realiza o de trabalhos de ndole did ctica Os textos deste Manual foram elaborados com base mas n o exclusivamente em manuais fornecidos por construtores de equipamento Em face do exposto n o h uma verdadeira autoria dos enunciados dos trabalhos raz o pela qual este Manual n o um texto de autores mas antes de editores Recupera se a seguir uma frase que ilustra o envolvimento de v rios docentes da Sec o de Hidr ulica e Recursos H dricos e Ambientais na fase de elabora o da primeira vers o do Manual fortemente impulsionada pelo Prof A Bet mio de Almeida O texto foi elaborado pelo corpo docente de Hidr ulica I 1995 96 com base no Manual de Instru es Parte I 5 edi o 1993 da CUSSONS Technology Prof A Bet mi
53. o de Almeida Prof A Heleno Cardoso Prof A Trigo Teixeira Prof A Pires Silva Eng Helena Ramos Eng A Bento Franco Mais tarde o Prof Jorge Matos e o Eng Rui Ferreira tamb m intervieram na elabora o ou na revis o dos enunciados Os trabalhos laboratoriais que integram o Manual foram concebidos para as disciplinas de Hidr ulica e de Hidr ulica Il da Licenciatura em Engenharia Civil do IST mas podem servir igualmente as licenciaturas de Engenharia do Ambiente e Engenharia do Territ rio Actualmente o IST disp e de equipamentos que permitem realizar no mbito da Hidr ulica trabalhos de Hidrost tica impuls o em superf cies curvas Hidrocinem tica visualiza o dos escoamentos e determina o da for a de sustenta o em perfis alares Hidrodin mica Te rica impacto de jactos e Escoamentos Permanentes sob Press o perdas de carga cont nuas e em singularidades Para a Hidr ulica Il existem equipa mentos que viabilizam o estudo de Escoamentos com Superf cie Livre curvas de regolfo junto de comportas de sobreleva es do fundo e de contrac es da largura da sec o transversal do escoamento de Escoamentos em Descarregadores descarregadores triangulares e rectangulares com dupla contrac o de parede delgada e de Escoamentos em Meios Porosos escoamentos entre galerias e trincheiras Este Manual reflecte a situa o actual ou seja inclui no Cap tulo 2 a descri o do equipa
54. o e 200 mm para o alvo c ncavo Abre se a v lvula reguladora de caudal 15 da bancada Fig 2 2 at que o sistema fique em equil brio ambas as ranhuras do indicador de equil brio vis veis na posi o de equil brio Mede se o caudal com o rot metro 12 da bancada Fig 2 2 Anotam se os valo res do caudal e da posi o da massa sobre a escala na folha de resultados sugerida no par grafo 3 2 6 Observa se a forma do jacto deflectido Desloca se a massa 20 mm para a esquerda no sentido da diminui o do bra o Fecha se ligeiramente a v lvula por forma a que se restabele a de novo o equil brio e regista se de novo o caudal e a posi o da massa Repete se esta opera o seis vezes para o alvo plano ou oito vezes para alvo c ncavo diminuindo gradualmente o caudal Fecha se a v lvula de controle e desliga se a bomba Deixa se o aparelho drenar a gua existente no seu interior 24 3 2 5 C lculo da for a exercida sobre o alvo Na posi o de equil brio inicial o esquema de for as em jogo o representado Fig 3 3 em que G o peso do bra o met lico e do alvo Fm a for a exercida pela mola e G 5 88 N massa 0 6 kg o peso m vel O equil brio de momentos em rela o ao ponto de rota o do bra o conduz s igualdades seguintes Fmar Gp 2 Gp as 0 ou Gp a gt Fm ay Gb 83 Posi o do alvo Ed zero da escala Fig 3 3 Esquema de for as na posi o de equil
55. o tronco c nico Fig 3 8b iii tubagem rectil nea P6222 com estreitamento alargamento brusco Fig 3 8c O dispositivo P6222 para estudo de perdas de carga em mudan as de sec o e na entrada e sa da de tubos compreende um conjunto de dois tubos tendo cada um o comprimento total de 464 mm Cada tubo constitu do por dois trechos um trecho com di metro interno de 10 mm e outro com o di metro interno de 20 mm Um dos tubos tem uma transi o gradual Fig 3 8b entre os dois trechos e o outro tem uma transi o brusca Fig 3 8c A transi o gradual tronco c nica com um ngulo de semi abertura de 30 32 52 mm 135 mm 185 mm 92 mm ER i ke l RE n jm AUSS N 52 mm 135 mm 185 mm 92 mm Fig 3 8 Dispositivos experimentais a tubagem rectil nea com 10 mm de di metro P6221 b alargamento estreitamento tronco c nico 6 30 P6222 e c alargamento estreitamento brusco P6222 3 4 3 Requisitos te ricos A realiza o deste trabalho requer conhecimentos te ricos sobre perdas de carga cont nuas em escoamentos turbulentos uniformes em tubos circulares comerciais e sobre perdas de carga singulares em alargamentos e estreitamentos Recomenda se o estudo dos par grafos 7 7 e 9 3 de Quintela 1981 3 4 4 Procedimento experimental Antes de iniciar os ensaios monta se o painel manom trico da bancada P6106 o reservat rio de entrada de carga constante P6103
56. odo volum trico O recurso ao m todo volum trico implica o seguinte procedimento a Fecha se a v lvula esf rica 7 b Come a se a cronometragem do tempo quando o n vel de gua atinge o zero ou outro n vel seleccionado na tubagem graduada exterior ao tanque 5 c Recolhe se um dado volume de gua e regista se o correspondente tempo de recolha para pequenos caudais basta utilizar a parte inferior estreita do tanque para caudais mais elevados deve come ar se a contagem dos tempos na marca correspondente a 15 d Abre se a v lvula esf rica 7 depois de se proceder ao registo do volume recolhido e do tempo correspondente de notar que no caso de inadvertidamente n o se abrir a v lvula existe um tubo de seguran a que garante a passagem da gua directamente para o tanque de aspira o e Calcula se o caudal Q dividindo o volume recolhido pelo correspondente tempo de recolha t Descarregador triangular Para caudais superiores a 10 min pode utilizar se em alternativa um descarregador triangular de soleira delgada graduado em min que permite uma leitura directa Rot metro A bancada est ainda equipada com um rot metro 12 que permite ler continuamente caudais na gama compreendida entre 600 h e 6000 h Sempre que n o haja men o em contr rio os caudais dever o ser medidos com este dispositivo Medi es de press o Podem conhecer se as press es na sec o de sa da da bomba 11 i
57. os Tendo em vista facilitar a apresenta o e discuss o dos resultados sugere se o seguinte procedimento A Obt m se a massa vol mica e a viscosidade da gua em fun o da temperatura B Relativamente s perdas de carga cont nuas q OD DA Calcula se a velocidade m dia do escoamento para cada condi o de ensaio Calcula se o n mero de Reynolds Calcula se a perda de carga total 4H y1 y2 Calcula se a perda de carga unit ria sabendo que o comprimento da tubagem entre as tomadas de press o de entrada e sa da 360 mm Por regress o obt m se a equa o log J ajlog U as Criticam se os resultados com base designadamente na equa o de Blasius C Relativamente s perdas de carga nas curvas 1 6 Repetem se os pontos 1 a 3 anteriores Calcula se a perda de carga unit ria com base na equa o referida no ponto 5 Calcula se a perda de carga cont nua sabendo que o comprimento da tubagem entre tomadas de press o 540 mm Calcula se a perda de carga de cada curva subtraindo a perda de carga cont nua calculada da perda de carga total medida e dividindo por quatro Exprime se a perda de carga por curva em termos do coeficiente K da equa o 4H K U2 29 onde U a velocidade m dia e g a acelera o da gravidade Criticam se os resultados com base em informa o contida na literatura D Relativamente s perdas de carga nos cotovelos Repete se o procedimento referido para
58. press o da tubagem No reservat rio de montante o n vel situa se a uma altura de 500 mm acima do eixo da conduta Obt m se dez condi es de escoamento Na primeira fixa se o n vel do reservat rio de sa da aproximadamente em 400 mm Nas seguintes faz se descer esse n vel sucessivamente cerca de 25 mm de cada vez Para cada condi o mede se cuidadosamente o caudal pelo m todo volum trico descrito no par grafo 2 3 5 considerando o volume de 5 litros no tanque de medi o Registam se os resultados no Quadro de Resultados sugerido em 3 5 5 Interrompe se o escoamento para drenagem do dispositivo e substitui o da tubagem rectil nea pela tubagem com quatro curvas Ligam se as tomadas de press o ao man metro Estabelece se o escoamento e drena se o man metro e tubagens flex veis de liga o Estabelecem se cinco condi es de escoamento Na primeira fixa se o n vel no reservat rio de sa da aproximadamente em 300 mm para cada uma das seguintes faz se descer sucessivamente o n vel cerca de 40 mm Mede se cuidadosamente o caudal para a tubagem rectil nea Registam se os resultados Repete se o ponto 3 do procedimento instalando a tubagem com cotovelos Repete se o ponto 4 fixando inicialmente o n vel do reservat rio de sa da em 300 mm e fazendo descer esse n vel 40 mm para cada uma das condi es de escoamento seguintes Mede se a temperatura da gua 38 3 5 5 Apresenta o e discuss o de resultad
59. requer conhecimentos te ricos sobre perdas de carga cont nuas em escoamentos turbulentos uniformes em tubos circulares comerciais e sobre perdas de 41 carga singulares em alargamentos e estreitamentos Recomenda se o estudo dos par grafos 7 7 e 9 3 de Quintela 1981 3 6 4 Procedimento experimental Antes de iniciar os ensaios monta se o painel manom trico da bancada P6106 o reservat rio de entrada de carga constante P6103 e o reservat rio de sa da de carga vari vel P6104 Entre os reservat rios coloca se a tubagem rectil nea com 10 mm de di metro P6221 Liga se o tubo de abastecimento ao reservat rio de entrada Seguidamente 1 Liga se a bomba da bancada por forma a estabelecer o escoamento atrav s da tubagem rectil nea montada entre reservat rios Eleva se o tubo rotativo do reservat rio de sa da de modo a que fique quase na vertical Ajusta se a v lvula de regula o de caudal ou a velocidade da bomba at criar um ligeiro escoamento na tubagem de seguran a do reservat rio de entrada de carga constante Eliminam se as bolhas de ar dos tubos manom tricos e das tubagens flex veis de liga o desses tubos s tomadas de press o da tubagem No reservat rio de montante o n vel situa se a uma altura de 500 mm acima do eixo da conduta 2 Obt m se dez condi es de escoamento Na primeira fixa se o n vel do reservat rio de sa da aproximadamente em 400 mm Nas seguintes faz se descer esse n vel sucess
60. riangular Regista se a forma da veia l quida descarregada Quadro de Resultados Descarregador Triangular DESCARREGADOR Carga m Caudal m s Log Q Log h 2 Tra a se o gr fico de log Q em fun o de log h e estima se a respectiva recta de regress o Calcula se a ordenada na origem e o declive A partir destes valores determina se o coeficiente de vaz o e o expoente da lei de vaz o 3 Comparam se os valores obtidos com os propostos por Gourley e Grimp e discutem se as diferen as B No caso do descarregador rectangular 1 Anotam se os valores de cargas e caudais no Quadro de Resultados Descarregador Rectangular Regista se a forma da veia l quida descarregada 54 Quadro de Resultados Descarregador Rectangular DESCARREGADOR Carga m Caudal m s C 2 Calcula se b pela f rmula de Francis e por invers o da lei de vaz o o valor do coeficiente C Regista se o valor calculado para cada par de valores de he Q no Quadro de resultados 3 Tra a se o gr fico de C em fun o de h e comparam se os valores obtidos com o valor proposto por Francis 3 11 Po o atravessando um manto fre tico sobre camada imperme vel horizontal 3 11 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na determina o da curva de depress o resultante do funcionamento
61. s 2 mede se o caudal escoado Q pelo m todo volum trico para o efeito cronometra se o tempo de enchimento do recipiente graduado com um dado volume de gua 3 desenha se na folha de acetato o padr o de linhas de corrente em torno do perfil alar o que permite avaliar o ngulo o Fig 3 6 Quadro de Resultados For a de Sustenta o num Perfil Alar 28 m3 At S Q ms 1 V2 m3 At s Q2 ms 1 Q ms 1 V3 m3 4t s Qz ms 1 3 3 5 Apresenta o e discuss o de resultados Os alunos dever o apresentar os seguintes resultados varia o ao longo da linha m dia do perfil dos valores da press o sobre o extradorso e o intradorso valores do coeficiente de sustenta o C e da for a de sustenta o por unidade de largura F obtidos pelas vias te rica e te rico experimental Pretende se ainda que os alunos elaborem um coment rio cr tico s eventuais discrep ncias encontradas O coment rio deve fundamentar se na aplicabilidade das teorias utilizadas e na inevitabilidade dos erros experimentais Tendo em vista facilitar a apresenta o dos c lculos decorrentes dos resultados experimentais sugere se a adop o do procedimento a seguir indicado e sistematizado no Quadro de C lculo 1 Calcula se a velocidade Ux na zona n o perturbada do escoamento Tem se U Q BLy em que B 3 mm a espessura do campo do escoamen
62. seio de escoamentos planos Permite ainda simular e visualizar escoamentos associados a po os e a nascentes 1 Base da unidade 9 V lvula de controle da alimenta o 2 Reservat rio de montante 10 Orif cios de injec o do tra ador 3 Tubagem de alimenta o de marcador 11 Obst culo 4 Tubagem de descarga 12 Orif cios de simula o de po os e nascentes 5 Reservat rio do tra ador tinta 13 Descarregador de sa da 6 V lvula de controle do tra ador tinta 14 Reservat rio de sa da 7 Placa superior de vidro 15 V lvulas de controle da alimenta o dos po os 8 Ventosas de fixa o 16 V lvulas de controle da alimenta o das nascentes Fig 2 7 Unidade de visualiza o de escoamentos vista frontal em cima e planta em baixo 13 Os escoamentos planos s o conseguidos entre duas placas de vidro planas horizontais praticamente lisas Sendo a placa superior em vidro 7 poss vel visualizar os escoamentos A superf cie total da mesa tem 90 cm de comprimento e 60 cm de largura A largura til do campo do escoamento entre placas apenas 45 cm e a altura 3 mm O fluido utilizado gua que abastecida pela rede geral do laborat rio d entrada na unidade atrav s da tubagem de alimenta o O caudal regulado atrav s da v lvula de abastecimento 9 A gua prossegue para o campo do escoamento entre placas passando por um pequeno reservat rio 2 localizado a montante das placas
63. te em torno do perfil alar 28 3 7 Visualiza o das perdas de carga cont nuas e localizadas ss 32 3 8 Dispositivos experimentais a tubagem rectil nea com 10 mm de di metro P6221 b alargamento estreitamento tronco c nico 6 30 P6222 e c alargamento estreitamento brusco P6222 i arenas 33 3 9 Tubagens P6221 a Trecho com quatro curvas e o di metro interno de 10 mm e b Trecho com quatro cotovelos com o di metro interno de 10 mm 37 3 10 Tubagens P6221 a trecho recto com uma v lvula esf rica e b trecho recto com uma v lvula de sede cil ndrica inclinada 41 3 11 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento s tssi 46 3 12 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento 48 3 13 Andamento qualitativo da superf cie livre do escoamento s tsiies 51 1 PREF CIO Existe h muito um amplo consenso quanto ao interesse e necessidade da componente experimental no ensino da Hidr ulica Geral no mbito de licenciaturas em Engenharia Este entendimento levou a que h cerca de trinta anos as principais Universidades do nosso pa s come assem a adquirir e a instalar equipamentos did cticos dispon veis no mercado e nalguns casos a construir equipamentos inexistentes Este esfor o ent o liderado no Instituto Superior T cnico IST pel
64. te no estudo das condi es do escoamento provocadas por uma altera o da sec o transversal de um canal em consequ ncia da presen a de um estreitamento a jusante do qual ocorre um ressalto hidr ulico Pretende se essencialmente verificar as hip teses de conserva o da energia do escoamento no estreitamento e da conserva o da quantidade de movimento total no ressalto O trabalho tem ainda por objectivo avaliar a for a de arrastamento a que est sujeito o estreitamento medir o comprimento do ressalto e avaliar a respectiva perda de carga 3 9 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho implica a utiliza o do canal de inclina o vari vel descrito no par grafo 2 5 Na respectiva sec o final est instalada uma das comportas do canal e numa sec o interm dia em posi o a definir pelo docente respons vel est o estreitamento com as caracter sticas definidas na Fig 3 13 As medi es da altura do es coamento s o efectuadas por recurso a um hidr metro de ponta direita que equipa o canal 3 9 3 Requisitos te ricos Para que o trabalho permita consolidar os conhecimentos envolvidos os alunos devem priori saber aplicar os princ pios da conserva o da energia e da quantidade de movimento aos escoamentos com superf cie livre Devem ainda saber calcular a perda de carga no ressalto hidr ulico em canais rectangulares horizontais e o respectivo comprimento aproximado Sugere se o estudo de
65. to e LM 600 mm a sua largura em planta 2 Divide se o intradorso e o extradorso do perfil alar em 10 partes iguais 3 Medem se as larguras dos tubos de fluxo ao longo do intradorso h e do extradorso hf do perfil alar 4 Calculam se as velocidades m dias nas 20 c lulas dos tubos de fluxo adjacentes ao perfil alar I Ul U Lano intradorso n n E UF U E no extradorso n em que 0 030 m a dist ncia entre linhas de corrente na zona n o perturbada do escoamento 29 5 Calcula se a energia mec nica por unidade de peso do fluido E do escoamento n o perturbado pela equa o E N N em que N 0 145 m a cota geom trica m dia do campo de escoamento tal como N medida em rela o base da unidade de visualiza o de escoamentos Aplica se o teorema de Bernoulli para determinar as press es nas 10 partes em que se subdivide o intradorso e o extradorso do perfil alar u y OE gt n Pa N Es 2g i no intradorso Ph ga Y E 2g i no extradorso 7 Calculam se as for as por unidade de comprimento nas 10 partes em que se subdivide o intradorso e o extradorso do perfil Lasint bj F P no intradorso L FF pE AOS no extradorso 8 Calcula se a for a de sustenta o por unidade de espessura e respectiva linha de ac o F gt Fisenlg gt FE sen 5E 10 10 em que o ngulo que a for a elementar F perpendi
66. to experimental serenas 17 2 6 Unidade de Escoamentos em Meios Porosos resserre 18 3 ENUNCIADOS DOS TRABALHOS e ieeeereereraeaereeannas 20 3 1 Impuls o em superf cies curvas arara rtnn rentree n 20 EE RA ERR O 6 01 iO PE DES ANDREA URD RS OURO SORRIR ROD RR RR DAR RR 20 3 1 2 Equipamento utilizado saas eenaa anena iaeo r Eaa SE vos aparte sto 20 3 1 3 Requisitos te ricos ii iteeereaaaaaaeaeane nan rennene nne 20 3 1 4 Procedimento experimental iirereeararareea 21 3 1 5 Apresenta o e discuss o de resultados eeeeeteeenes 21 3 2 Estudo do impacto de jactos rare aaaearareraeaaanaa 22 EE 920 OBA D 6 0 O PDDE ON PINA RR RBD GR TEA A RED 22 3 2 2 Equipamento utilizado naisiin eaan aer ieron sus Evo cagar ne all 22 3 2 3 Requisitos TEOT COS inuiten e ne aeee an e a eai 22 3 2 4 Procedimento experimental sssssssenseseertrrttsettrtrrnsrsrrrtrnnrnterettnnnnnnnne nne 24 3 2 5 C lculo da for a exercida sobre o alvo ssssssssssrnsssnsssnssseesssesssressrrsserene 25 3 2 6 Apresenta o e discuss o de resultados ceeeeeeeteeenes 26 3 3 For a de sustenta o num perfil alar ana 27 3 93 14 COBJBCIIVO mins penis idoso Ls a araa aaa SUS anal eaa E SE voa AAt 27 3 3 2 Equipamento utilizado errar anaaraneaea 27 3 93 93 Requisitos
67. tura sendo as paredes e o fundo de acr lico K 90 m s O canal articulado a meio v o numa r tula de cota constante que divide o canal em dois trechos de comprimentos aproximadamente iguais O canal de inclina o vari vel A inclina o do canal fixada atrav s da manipula o de roldanas de ajustamento da inclina o Fig 2 9 Canal de inclina o vari vel Sobre as paredes do canal pode deslocar se um hidr metro de ponta direita para medi o das alturas do escoamento Ao longo da parede esquerda existe uma r gua graduada que permite referenciar a sec o de medi o A gua proveniente do tanque de n vel constante do Laborat rio d entrada no tanque de montante do canal O caudal pode ser regulado por interm dio da v lvula de cunha existente no circuito de alimenta o O escoamento depois de passar por baixo de um dispositivo de tranquilza o da superf cie livre situado entrada processa se com superf cie livre ao longo do canal at a sec o terminal de descarga para o tanque de jusante A seguir passa por uma fiada de tijolos furados que tranquilizam a superf cie livre do escoamento e segue ao longo de uma caleira com 0 344 m de largura em cuja extremidade de jusante existe um descarregador Bazin com 0 250 m de altura pa guincho guincho hidr metro descarregador Bozin hidr metro DEE a Es Di de montante tanque de descarga 7 ta DS e 4 tro
68. ubagens de alimenta o e de descarga respectivamente s redes de abastecimento e de esgoto fundamental eliminar o ar tanto dos circuitos da unidade como do campo do escoamento entre placas Para o efeito procede se do seguinte modo a Retira se com cuidado a placa superior de vidro b Lavam se com detergente ambas as placas de vidro a inferior e a superior c Colocam se os obst culos pretendidos premindo os fortemente contra a placa inferior d Monta se de novo a placa superior de vidro e Abrem se todas as v lvulas do circuito de gua incluindo as dos po os e nascentes e a v lvulas 6 do circuito do tra ador f Alimenta se a unidade com o m ximo caudal dispon vel por forma a eliminar o ar dos circuitos Fecham se seguidamente todas as v lvulas g Restabelece se o escoamento abrindo a v lvula 9 e eliminam se as bolhas de ar que existam no campo do escoamento plano h Com a v lvula 6 fechada e mantendo o escoamento enche se o reservat rio com a tinta dilu da i Abre se a v lvula 9 e parcialmente a v lvula 6 j Quando o tra ador formar as linhas de corrente na mesa iniciam se as observa es 15 2 5 Canal de Inclina o Vari vel 2 5 1 Descri o do canal O canal de inclina o vari vel do Laborat rio de Hidr ulica e Recursos H dricos do IST Fig 2 9 representado esquematicamente na Fig 2 10 tem 5 00 m de comprimento 0 30 m de largura e 0 40 m de al
69. ultados Teorema de Euler e Impacto de Jactos S rie 1 2 3 4 5 6 7 8 Caudal Q l h Q Posi o do peso L cm 26 3 3 For a de sustenta o num perfil alar 3 3 1 Objectivo O objectivo deste trabalho consiste na determina o por via te rica e por via te rico experimental da for a de sustenta o aplicada a um perfil alar por ac o de um escoamento potencial plano 3 3 2 Equipamento utilizado A realiza o deste trabalho requer a utiliza o da unidade de visualiza o de escoamentos descrita no par grafo 2 4 sendo o perfil alar o obst culo colocado no campo do escoamento S o fornecidos um cron metro um recipiente graduado uma folha de acetato com o perfil alar previamente desenhado e uma r gua graduada Recorrendo injec o de um l quido tra ador a bancada permite o desenho das linhas de corrente correspondentes ao campo de velocidades gerado pelo escoamento em tomo do perfil alar 3 3 3 Requisitos te ricos Os alunos devem possuir no es b sicas de Hidrocinem tica e de escoamentos de fluidos perfeitos nomeadamente a teoria dos escoamentos potenciais planos Em particular devem conhecer as condi es de aplica o da equa o de Bernoulli e serem fluentes na sua utiliza o em c lculos concretos de campos de press es e velocidades O c lculo da for a de sustenta o por via te rica decorre da aplic

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