UNIVALI - UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ

BIANCA PISTUNI SOLANHO

CAIO DOS SANTOS DE ALMEIDA

JUAN CARLO PIANECER

MAGDA MARCOS

RENAN EDUARDO CORDEIRO

ENSAIOS DE LABORATÓRIO

Mecânica dos Fluídos

Itajaí

2012

BIANCA SOLANHO

CAIO DOS SANTOS DE ALMEIDA

JUAN CARLO PIANECER

MAGDA MARCOS

RENAN EDUARDO CORDEIRO

ENSAIOS DE LABORATÓRIO

Mecânica dos Fluídos

Relatório requerido pelo professor da

disciplina de Mecanica dos Fluídos ,

Sr. Msc. Júlio César Leão, sendo

pré-requisito para a obtenção de nota

parcial para a segunda média (M2)

da turma 1 da disciplina de Mecânica

dos Fluídos e Hidráulica do curso de

Engenharia Civil.

Itajaí

2012

SUMÁRIO:

1. INTRODUÇÃO

No dia 16 de outubro de 2012 foi realizada uma aula prática em nosso

Laboratório de Tecnologia em Engenharia Civil (LATEC). Nossa prática teve

como objetivos analisar e visualizar comportamento de um fluido com algumas

interferências.

Observamos como age o fluido com diferentes rugosidades na base do canal,

calculou-se também, a velocidade de um liquido a partir de sua declividade de

escoamento, e analisou-se como funciona um ressalto hidráulico, com uso de

uma comporta.

Houve o reconhecimento dos equipamentos que iriam ser utilizados, e para

ambos os experimentos usou-se a bancada de Canal Aberto, a partir disto

realizamos os procedimentos e avaliou-se os dados.

2. Experimentos:

2.1. Rugosidade do canal

2.1.1. Fundamentação teórica:

Canais são estruturas hidráulicas onde o escoamento é caracterizado

por uma superfície líquida sob pressão atmosférica. As formas dos canais são

bastante variadas, desde seções transversais circulares a irregulares, como

nos cursos d’água naturais. A rugosidade do leito dos canais pode ser

determinada pela fórmula de Manning, desde que se conheçam: velocidade do

escoamento, raio hidráulico e declividade do canal.

A classificação do escoamento em canais é realizada calculando-se o

número de Reynolds (Re), que relaciona forças inerciais e viscosas. Podendo

ser laminar ou turbulento.

Já a caracterização dos escoamentos quanto à energia da superfície

livre é medida pelo número de Froude (Fr), que relaciona forças inerciais e

gravitacionais. Quando Fr < 1, o regime é subcrítico ou fluvial, prevalecendo

forças gravitacionais, ou seja, energia potencial > energia cinética, e quando Fr

> 1, o regime é supercrítico ou torrencial, preponderando às forças inerciais,

isto é, energia cinética > energia potencial, causando um escoamento rápido.

Este trabalho visou estudar a rugosidade em canal, com e sem leito de

pedras. Foram realizados dois procedimentos, onde no primeiro o fundo se

manteve liso (perfeito), e no segundo foi colocado um fundo rugoso.

Realizamos as devidas análises, onde os resultados foram comparados.

2.1.2. Objetivo:

Determinar a rugosidade de um canal aberto de fundo liso, e a

rugosidade para o canal com fundo contendo “pedras”.

2.1.3. Procedimento:

Utilizando a bancada de canal estreito, foram reguladas as declividades

de 0,4% e 3%, o micro molinete passou a medir a partir de 0,4h. A máquina foi

ligada, primeiramente na inclinação de 0,4%, e foi deixado a água entrar até

determinado ponto. Em seguida foi medida a altura do nível da água, para

obter-se o valor onde iríamos começar a medição com o uso do micro molinete

(rotação).

Depois colocamos o micro molinete dentro da água, até a altura que

havíamos determinado, sendo esse procedimento repetido algumas vezes.

Com o auxílio da maquina com o contador de giros e o cronometro junto a ela,

pode-se analisar os dados obtidos

Na segunda fase, fizemos o mesmo procedimento, mas com o fundo

rugoso.

Adotando-se agora, as declividades de 1% e 3%.

Foi descontado 45mm de tubo, e 15mm de pedra.

Ao colocar o micro molinete na água, foi necessário somar a altura do

fundo (rugoso) para não haver influência nos cálculos.

2.1.4. Tabela de dados:

Superfície Inclinação Tempo(s) Rotações Rotações/Seg Velocidade(m/s)

Lisa 0,4% 14,75 241,75 16,39 0,091

3% 14,88 421,00 28,30 0,17

Rugosa 1% 14,83 512,25 34,55 0,21

3% 14,85 523,75 35,27 0,22

Superfície Inclinação Altura (m) Altura média

(m)

Lisa 0,4% 0,209 0,0836

3% 0,185 0,0741

Rugosa 1% 0,141 0,056

3% 0,157 0,063

2.1.5. Resultados:

Superfície Inclinação Raio

hidráulico

Reinolts Froud Coeficiente de

viscosidade

Lisa 0,4% 0,032 11,89x10³ 0,064 0,070

3% 0,032 21,85x10³ 0,126 0,10

Rugosa 1% 0,030 25,66x10³ 0,179 0,046

3% 0,031 27,84x10³ 0,177 0,078

2.2. Ressalto hidráulico

2.2.1.Procedimento Experimental

O ressalto hidráulico vem a ser o fenômeno, o qual se dá na transição de um

escoamento torrencial ou supercrítico para um escoamento fluvial ou subcrítico. A

principal característica deste escoamento é uma elevação repentina no nível da agua,

em uma pequena distância, simultaneamente ocorre uma instabilidade na superfície

com ondulações e entrada de ar do ambiente e por uma consequente perda de

energia em forma de grande turbulência.

O ressalto é estabilizado em uma certa posição no meio em que está presente,

quando são conservadas as características de seu regime, podendo ser considerado

então como uma onda estacionária. O ressalto ocorre frequentemente perto de

comportas, vertedores e barragens, com função de dissipar energia cinética para

evitar erosão no leito de um canal.

2.2.2. Objetivo

Determinar a diferença entre a energia cinética no canal antes do ressalto e

depois do ressalto.

2.2.3. Procedimentos

Utilizando a cuba de canal aberto foi forçado um aumento energia cinética

através de uma barragem, diminuindo assim a seção do canal, porem aumentou a

velocidade que no ponto medido antes do ressalto era 0,25m/s, conservou-se, em

partes, a vazão como pode ser descrito através de Q = V.A, este procedimento

objetivou o aumento de velocidade e energia cinética para que fosse possível a

criação do ressalto, que se deu através do uso de uma plasticina, servindo como

obstáculo, barreira, ocasionando cisalhamento nas laminas de água, gerando

turbulência, consequentemente perda de energia cinética, diminuindo a velocidade,

que no ponto após o ressalto foi de 0,41m/s, lembrando sempre que a vazão deveria

ser constante, mas como nosso canal tem irregularidades, a vazão ficou em torno de

0,003m³/s.

2.2.4. Tabela de dados

Seçã

o

Tempo (s) Rotações Rotações/seg Velocidade (m/s) Altura (m)

1ª 9,97 400,66 40,20 0,25 0,134

2ª 9,87 2499,33 253,33 1,63 0,024

3ª 9,90 637,67 64,41 0,41 0,105

2.2.5. Resultados

Seção Raio

hidráulico

Reinolts Froud Vazão (Q (m³/s))

1ª 0,030 30,61x10³ 0,22 0,0025

2ª 0,015 99,80x10³ 3,35 0,0030

3ª 0,028 46,86x10³ 0,40 0,0033

2.3. Perfis de Velocidade

2.3.1. Fundamentação teórica:

A velocidade de um fluido é uma função derivada da resistência das

extremidades do material, e a determinação dessa velocidade só pode ser alcançada

por meio de experimentos práticos, onde devem ser avaliados o fluxo da água e o

tempo, sendo esses medidos em determinados pontos do canal.

Alem das réguas de medição, fora utilizada a hélice do micromolinete, que gira

quando em contato com um fluido por conta de seu fluxo. A partir de um medidor

eletrônico, pode-se ter acesso a quantidade de rotações obtidas em um determinado

tempo, que tiveram que ser convertidos com pequenos cálculos.

2.3.2. Objetivo:

Calcular a velocidade media do fluxo gerado na Bancada de Canal Aberto.

2.3.3. Procedimento:

A maquina foi ligada, tendo uma declinação de 3º. Após o canal estar

totalmente preenchido pelo fluxo de água, iniciaram-se as medições.

Foi usado o micromolinete com o auxilio de um linimetro para adquirir uma

melhor precisão nas medidas de altura, que iniciaram em 0,02 m, e progrediram de 2

em 2 centímetros, ate atingir a medida máxima de 0,18 m.

Em cada altura, foram realizadas 4 medições em um intervalo médio

predefinido de 10 segundos. O micromolinete é ligado a um aparelho eletrônico que

mede tanto o tempo de medição quando o numero de rotações a qual o micromolinete

esta exposto, e pode ser pausando a qualquer momento. A velocidade então obtida

seria em xrota çõesn segundos

. Foi então feito uma media aritimetrica entre os dados obtidos.

A partir da media dos dados obtidos, foi aplicada a equações constante do

micromolinete para assim converter a velocidade adquirida em metrossegundos

, e assim os

gráficos puderam ser esboçados. Vale ressaltar que a velocidade do fundo foi

considerada igual à zero.

2.3.4. Tabela de dados

MEDIDA (m)

TEMPO (s)

Rotações (rot./s)

Rotações/seg Velocidade (m/s)

Froud Reinolts

0,02 9,8 179,67 18,33 0,104 0,075 13498,760,04 9,9 193,67 19,56 0,112 0,081 14537,140,06 9,8 206 21,02 0,121 0,087 15705,310,08 9,9 209,33 21,144 0,122 0,088 15835,1

0,1 9,83 209,33 21,295 0,123 0,089 15964,90,12 9,87 211,67 21,445 0,124 0,09 16094,690,14 9,93 219,33 22,088 0,129 0,093 16743,670,16 9,87 228 23,1 0,135 0,098 17522,450,18 9,87 222 22,492 0,131 0,095 17003,27

2.3.5. Resultados

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12 0.125 0.13 0.135 0.140

0.020.040.060.08

0.10.120.140.160.18

0.2

Perfil de Velocidade

Perfil de Velocidade

3. Conclusão

4. Referências