Calibração de comportas de fundo

Calibração de comportas de fundo

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE HIDRAULICA – 2569

Prática nº07

Calibração de Comportas de Fundo

Maringá, 02 de julho de 2010.

CALIBRAÇÃO DE COMPORTAS DE FUNDO

1. OBJETIVOS

Determinar os coeficientes de descarga (Cd) e contração (Cc) de comportas de fundo,

plana e vertical.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Comporta

Comportas, por definição, são estruturas hidráulicas destinadas a diferentes finalidades, dentre as mais utilizadas estão medir vazão e controlar a vazão de fluidos, geralmente água, em diques, represas e açudes, por exemplo.

O emprego das comportas de sentido único de fluxo para descarga horizontal de instalações hidráulicas sob pressão atmosférica, por exemplo, reservatórios, pequenas barragens e decantadores, representam segurança e eficiência, por possuir boa estanqueidade. Comumente são encontradas nos modelos com tampa quadrada.

Uma comporta compõe-se basicamente de três elementos: tabuleiro, peças fixas e mecanismo de manobra. O tabuleiro, componente principal da comporta, é um elemento móvel que serve de anteparo à passagem da água e é constituído de paramento e vigamento. A chapa de revestimento do tabuleiro diretamente responsável pela barragem de água é denominada paramento. As peças fixas são os componentes que ficam embutidos no concreto e servem par guiar e alojar o tabuleiro e redistribuir para o concreto as cargas atuantes sobre a comporta. O mecanismo de manobras é o dispositivo diretamente responsável pela abertura e fechamento da comporta.

2.1.1 Comporta de Fundo

Comportas de fundo são elementos destinados ao esvaziamento de reservatórios, ou à remoção de sedimentos acumulados no fundo. Tratam-se, basicamente de uma placa plana móvel que, ao ser elevada, permite controlar a descarga gerada. Em sua maioria são instaladas perpendicularmente ao fundo dos canais e na mesma largura deste mesmo, para que não ocorra escoamento nas laterais, tampouco contrações das mesmas, caracterizando assim, um escoamento bidimensional.

Quando se desejam reservar água são “encerradas” ou simplesmente tampadas.

Sua escolha é condicionada ao tipo de barragem a ser utilizada, à profundidade em que serão instaladas, bem como à sua finalidade.

Figura 01: Representação esquemática do comportamento de um fluido passante em uma comporta de fundo. Fonte: http://www.escoladavida.eng.br

2.1.1.1 Coeficiente de Descarga (Cd) e Coeficiente de Contração (Cc)

Para determinar o Coeficiente de Descarga, bem como o coeficiente de contração, tomam-se os índices indicados na figura 02, a seguir:

Figura 02: Representação esquemática de uma comporta de fundo, em um canal. Fonte: Material didático do Laboratório de Hidráulica – Universidade Estadual de Maringá (UEM).

a) Coeficiente de Descarga

O Coeficiente de Descarga é próprio para cada estrutura, e pode ser obtido tanto por meio da equação 01, quanto da equação 02:

(01)

(02)

Onde

Q é a vazão verificada, obtida por meio de Prandlt, cuja equação fora citada em práticas experimentais anteriores;

b é a largura do canal;

a é a altura da coluna d’água imediatamente à montante da comporta de fundo;

y1 é a altura da coluna d’água no canal, à montante da comporta;

g é a força gravitacional que rege o ambiente.

b) Coeficiente de Contração

Denomina-se jato a veia líquida emergente de um orifício, neste caso, o deixado pela comporta de fundo. Essa veia líquida, logo após atravessar o orifício, sofre uma contração de sua seção transversal. No interior do reservatório, as partículas se encaminham para o orifício em um movimento convergente, representado por y2. Essa convergência continua ainda além da parede do reservatório até que em uma certa seção, após a convergência, os filetes se formam paralelos.

Tomando-se as equações de Bernoulli e da continuidade, citadas em praticas experimentais anteriores, e considerando a distribuição de pressões na comporta de fundo, tem-se o coeficiente de contração da veia a relação entre a coluna d’água contraída, à jusante do orifício, e a coluna d’água imediatamente à montante do orifício:

y2 = Cc . a (03)

Que, organizando, fica:

(04)

Onde

y2 é a altura da coluna d’água à jusante da comporta de fundo.

A Montagem foi realizada pelo Osvaldo, nosso técnico da aula, feito em horário fora de aula.

  1. METODOLOGIA DE ENSINO

    1. MATERIAIS UTILIZADOS:

  • Painel;

  • Manômetros;

  • Reservatório;

  • Caixa d’água;

  • Bomba;

  • Cano com tubo de Diafragma;

  • Registro;

  • Canaleta;

  • Comporta;

  • Limnímetro;

  • Mangueiras;

  • Régua;

    1. PROCEDIMENTO

Inicialmente, verificou-se se os registros estavam todos fechados, se por acaso não estivesse fechar-se-ia. Então, ligou-se a bomba e nivelou-se a canaleta.

Seguidamente, escovaram-se as mangueiras que fossem ser usadas para retirada do ar que pudesse haver nelas. E também aferiu-se a temperatura da água. Então, abriu-se o registro do tubo de Prandtl.

Ja estando a canaleta intalada, então colocou-se a água na canaleta até a altura estipulada no experimento. Depois, dividiu-se a altura da água para a realização de 7 tomadas de alturas.

Depois, mediu-se a altura da água com o limnímetro para todas as alturas estipuladas, e aferiu-se também a altura da água após a comporta para todas as tomadas de altura com o uso da régua, e no manômetro achou-se a diferença de altura do diafragma.

Após o término do procedimento, fechou-se os registros e desligou-se a bomba.

4.0 RESULTADOS OBTIDOS

Para a temperatura de 20°C encontrada com o uso do termômetro, obtiveram-se os seguintes valores para os pesos específicos da água e do mercúrio, apresentados na ordem em que foram citados:

= 9795, 778 N/m³

= 132945, 12 N/m³

Referente à comporta utilizada: sua largura era da importância de 0,2 metros; para a distância entre o fundo da mesma e o fundo do canal encontrou-se o valor de 0,035 metros.

Para cada uma das cinco leituras realizadas, resumiram-se na seguinte tabela os resultados medidos; em que:

representa a altura do nível de água a montante da comporta, em relação ao fundo da canaleta;

representa a altura do nível de água a jusante da comporta, em relação ao fundo da canaleta;

representa a leitura do nível de água no tubo esquerdo do manômetro conectado ao medidor de vazões do tipo diafragma;

representa a leitura do nível de água no tubo direito do manômetro conectado ao medidor de vazões do tipo diafragma;

representa a diferença de nível entre os tubos do manômetro.

TABELA R1: RESULTADOS AFERIDOS PARA CADA UMA DAS MEDIDAS

Medição

(m)

(m)

(cm)

(cm)

(m)

1

0,35

0,019

37,3

57,8

0,205

2

0,2815

0,02

39,8

56,9

0,171

3

0,2232

0,018

41,8

54,5

0,127

4

0,16

0,018

43,8

52,8

0,09

5

0,1048

0,02

45,8

51,4

0,056

Sendo assim, com os dados apresentados anteriormente, empregou-se a equação referente à vazão no diafragma (utilizando, inclusive, o coeficiente de correção para o diafragma empregado, que vale 0,7444) e adquiriram-se os seguintes resultados, em que Q representa a vazão:

TABELA R2: VALORES CALCULADOS PARA A VAZÃO EM CADA MEDIÇÃO

Medição

(m³/s)

1

10,728686

2

9,798682

3

8,444452

4

7,108711

5

5,607427

Com os valores das tabelas R1 e R2, encontraram-se, via aplicação das equações correspondentes, os valores para os coeficientes de descarga e de contração. Além disso, o valor para o adimensional também foi calculado. Os números obtidos foram representados na seguinte tabela:

TABELA R3: VALORES CALCULADOS PARA OS ADIMENSIONAIS ENVOLVIDOS

Medição

Coeficiente de Descarga

Coeficiente de

Contração

Método 1

Método 2

1

0,100000

0,584878

0,567669

0,542857

2

0,124334

0,595636

0,561018

0,571429

3

0,156810

0,576470

0,553203

0,514286

4

0,218750

0,573170

0,540566

0,514286

5

0,333969

0,558644

0,521502

0,571429

Portanto, com base especialmente na tabela R3, podem-se encontrar os coeficientes de descarga e de contração médios:

0,577760

0,548792

0,542857

Não obstante, ainda com embasamento na tabela R3, podem-se construir os seguintes gráficos, que envolvem os coeficientes de contração e o adimensional :

Figura R1: gráfico com o valor de no eixo das abscissas e no eixo das ordenadas

Figura R2: gráfico com o valor de no eixo das abscissas e no eixo das ordenadas

Figura R3: gráfico com o valor de no eixo das abscissas e no eixo das ordenadas

5.0 CONCLUSÃO

De acordo com a prática realizada, pôde-se concluir que teoricamente, os valores de Cd obtidos por ambos os métodos deveriam ser iguais, mas diferem por 5,27%. Tais erros podem ter ocorrido devido ao:

-o tubo de Prandtl não estava em perfeitas condições para o experimento;

-tanto as medidas do nível de água no canal quanto as leituras do manômetro podem ter ocorrido erro por parte do acadêmico;

-Erros de propagação de cálculos;

-conter ar nas mangueiras que ligavam o tubo de Prandtl ao manômetro.

-erro na medida de Y1 e Y2;

-erro na medida da altura de água com o limnímetro.

-Algum tipo de dano referente à bomba ou ao canal.

6.0 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6023: Informação e documentação: Referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002a.

[2] Potter, M.C.; Wiggert, D.C. Mecânica dos Fluidos. Tradução da 3ª edição norte-americana. São Paulo: Editora Pioneira Thomson, 2004.

[3] _______. Hidráulica Aplicada. São Paulo: Editora Pioneira Thomson, 2004.

[4] GILES, R.V. Mecânica dos Fluidos e Hidráulica. Tradução: Sergio S. Borde. Rio de Janeiro: McGraw, 1972.

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