Canal para Experimentos Hidraulicos

Canal para Experimentos Hidraulicos

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Canal para Experimentos

Hidráulicos

Manual de Utilização

2005 w.maximaindustrial.com.br

Canal para experimentos hidráulicos

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MÁXIMA INDUSTRIAL LIMITADA Rua Camargo, 719 – Vila Paulicéia – São Bernardo do Campo - SP w.maximaindustrial.com.br

Canal para Experimentos Hidráulicos Manual de Utilização

Introdução

O Canal para experimentos Hidráulicos é um equipamento desenvolvido especialmente para apoiar o ensino das matérias que tratam dos fluidos e seus escoamentos. O uso de um equipamento para apresentar os fenômenos reais em forma visual reforça o aprendizado e torna mais fácil o entendimento dos fenômenos.

O canal foi projetado para a exploração de experimentos nos quais o fluido de trabalho é a água, e por isso permite a visualização de escoamentos ligados aos fenômenos hidráulicos. Porém, o uso da Analise Dimensional e dos conceitos de Semelhança estende os conceitos visualizados para vários campos da Mecânica dos Fluidos.

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Descrição do Equipamento

O Canal para Experimentos Hidráulicos consta basicamente de um canal, construído em material transparente, como parte de um circuito hidráulico fechado, alimentado por uma bomba hidráulica a partir de um reservatório. O canal transparente é a principal seção de ensaios, e nele são montados os acessórios que provocam os fenômenos hidráulicos de interesse. A utilização de uma instrumentação básica permite quantificar diversas variáveis e verificar os fenômenos da Mecânica dos Fluidos e da Hidráulica.

Na figura 1 é apresentado um esquema do equipamento com a indicação de seus principais componentes.

A montagem do equipamento segue, também, uma orientação pedagógica justamente por utilizar componentes comerciais, com os quais alunos vão ter na sua vida profissional. Um dos componentes para o qual deve ser chamada a atenção é a bomba hidráulica, um componente comercial de qualidade boa, mas que apresenta o comportamento real do cotidiano: pode sofrer desgastes mecânicos e químicos, e ao ser atacada quimicamente pela água, produz uma coloração devido à ferrugem, podendo turvar a água do reservatório e obrigar a trocas mais freqüentes. No, entanto, a observação desse fenômeno reforça o ensino com os cuidados de manutenção, geralmente esquecidos nas aulas teóricas.

Acessórios que acompanham o equipamento

Para a montagem das diversas aulas praticas o equipamento é fornecido com os seguintes acessórios: 1 (um) Manômetro diferencial de tubo em U, usando mercúrio como fluido manométrico. 2 (dois) Piezômetros , para medidas diferenciais . 1 (um) conjunto de dez piezômetros curtos, para medidas relativas. 1 (um) Limnimetro, para medida do nível da superfície liquida. 1 (um) (um) Medidor de vazão do tipo orifício, com relação de áreas m=0,45. 1 (um) Vertedor. 1 (um) Vertedor, com contração lateral. 1 (um) Vertedor de parede espessa, (ou ressalto de fundo). 1 (um) Comporta de fundo, com tomadas de pressão. 10 (dez) Mangueiras para ligação das tomadas de pressão.

Ligando o equipamento

O procedimento de partida do equipamento é bastante simples, bastando acionar o interruptor de partida da bomba. No entanto é preciso reforçar alguns dos cuidados básicos que sempre devem ser verificados antes do acionamento de qualquer maquina hidráulica: 1-verificar se a bomba necessita do procedimento de escorva, que consiste no pré-enchimento da tubulação de sucção e da maquina com o fluido a ser bombeado. 2-verificar se o registro de regulagem da vazão está totalmente fechado para que o motor elétrico não seja sobrecarregado, já que em uma maquina hidráulica centrifuga a condição de menor potencia é dada pela vazão nula. este procedimento também visa proteger os medidores de pressão, evitando golpes devido ao transiente provocado pela aceleração da bomba hidráulica.

Montagens práticas

O número de montagens práticas que podem ser levadas a efeito no Canal para Experimentos

Hidráulicos é muito grande, só dependendo da imaginação e criatividade do professor. A titulo de orientação são apresentadas aqui algumas montagens úteis para um curso de Hidráulica. As montagens seguem uma ementa padrão e estão ordenadas de acordo com o desenvolvimento cronológico do curso.

As montagens apresentadas são em número de 9 (nove), e são detalhadas nos capítulos seguintes. As montagens selecionadas são:

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1-Medida de pressão com manômetros de coluna de fluido. 2-Medida do nível da água. 3-Medida da vazão. 4-Equação da continuidade: vertedores. 5-Equação da quantidade de movimento: força sobre comporta 6-Equação de quantidade de movimento: ressalto hidráulico. 7-Equação de energia: perda de carga. 8-Energia especifica: altura critica. 9-Curva característica pressão vs. vazão da bomba hidráulica.

A descrição das montagens é acompanhada por um sucinto desenvolvimento teórico do assunto. Recomenda-se o aprofundamento do assunto através da literatura especializada.

Bibliografia

Porto, R.M. Hidráulica Básica EESC - USP, São Carlos, SP, 1999. Roma, W.N.L e Schulz, H.E. Fundamentos de Fenômenos de Transporte. EESC - USP, São Carlos, SP, 1999. Streeter, V. Mecânica dos Fluidos McGraw-Hill, São Paulo, SP, 1979.

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1-Medida de pressão por manômetros de coluna de fluido.

Conceito Teórico - Estática dos Fluidos

medida de pressão
∇ (p+ρgz) = 0(1.3)

Um fluido é dito em repouso quando não existe velocidade diferente de zero em nenhum ponto em seu interior. O estudo dos fluidos na condição de repouso é conhecido pelo nome de Estática dos Fluidos ou Hidrostática e encontra extensa aplicação na área de Engenharia Hidráulica, principalmente em obras de armazenamento de água. A título de exemplo podem ser citados: cálculo de esforços em barragens, determinação de forças em tanques de armazenamento, cálculos de reações em comportas etc. Uma aplicação muito importante da estática dos fluidos é a manômetria de coluna de fluido, uma excelente ferramenta de

A equação 1.3 é conhecida como equação geral da Estática dos Fluidos. Sua interpretação é simplificada separando-a nas suas componentes cartesianas. Assim obtém-se três equações escalares, uma para cada componente, que são apresentadas nas equações 1.4. Dessas equações infere-se que, como conseqüência das duas primeiras igualdades nulas, a pressão não depende de x e de y, donde conclui-se que, em um meio homogêneo, a pressão em um mesmo plano horizontal é constante.

∂P =0

∂x

∂P =0(1.4)

∂y

∂P = - ρg ∂z

Sendo a pressão constante em x e y, ela é, portanto, apenas função de z, o que permite reescrever a equação 1.4 em termos de derivada total como apresentada na equação 1.5.

dP = -ρg(1.5)

dz

Manometria

Uma das aplicações mais úteis da estática dos fluidos é, sem duvida a manometria de coluna fluída, que utiliza, como o próprio nome indica, colunas de fluido para quantificar a pressão em pontos de um escoamento ou reservatório. Um bom exemplo é o manômetro de coluna de mercúrio representado na Figura 3, através de um esquema construtivo. Este manômetro é muito difundido nos diversos laboratórios de pesquisa das mais diferentes áreas do conhecimento.

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O fluido usado como indicador da diferença de pressão, denominado fluido manométrico, deve ser um fluido imiscível com o fluido a ser medido, e apresentar uma superfície de separação bem definida, que é denominada menisco. Este tipo de medidor é do tipo de deflexão, isto é, a pressão a ser medida provoca o aparecimento de uma coluna de fluido que causa uma contrapressão equivalente quando se atinge o ponto de equilíbrio. A medida do comprimento dessa coluna representa uma medida da diferença das pressões exercidas nas extremidades dos dois ramos do manômetro. Denominado P1 e P2 as pressões nos ramos esquerdo e direito, respectivamente, pode-se escrever a equação abaixo, pela aplicação da equação da estática

dos fluidos, onde x é a distância da extremidade do ramo esquerdo ao menisco do fluido manométrico

Simplificando as parcelas comuns e rearranjando os termos desta equação, obtém-se a equação 1.6, que fornece a diferença das pressões P1 e P2 em função da leitura ∆H.

P1 - P2 = (yM - yF ).∆H(1.6)

O fluido manométrico mais comum é o mercúrio, quando o fluido a ser medido é água, e este manômetro de coluna de fluido é considerado em instrumento padrão, podendo servir para calibrar outros

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MÁXIMA INDUSTRIAL LIMITADA Rua Camargo, 719 – Vila Paulicéia – São Bernardo do Campo - SP w.maximaindustrial.com.br manômetros . Com o propósito de aumentar a precisão da medida, pelo fato de o mercúrio apresentar um peso específico muito grande, foram desenvolvidos fluidos manométricos de diversas densidades denominados fluidos manométricos Meriam (marca registrada), encontrados com várias densidades, na faixa de 0,700 à 3,0.

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