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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

COORDENAÇÃO DO LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA

ROTEIRO DE EXPERIMENTOS

ENG1120

LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA

PROFESSORES: MARCELO TSUYOSHI HARAGUCHI NAZARENO FERREIRA DA SILVA

FERNANDO ERNESTO UCKER

GOIÂNIA, GO

2014-2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS PRÓ-REITORIA DE GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA COORDENAÇÃO DO LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA

1

Sumário

1ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma 2

2ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso 4

3ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso 6

4ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso 8

5ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso 10

6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada do Registro de Gaveta 12

7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios 13

8ª Experiência: Determinação da Curva Característica da Bomba 14

9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações 15

10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular 17

11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa 19

12a Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo 21

13ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico 23


2

1ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma

1- FÓRMULAS

1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 1.1

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 1.2

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 1.3

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 1.4

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 1.5

Em que:

Q = vazão, em m3/s;

S0 = seção interna da tubulação, em m²;

g = aceleração gravitacional, em m/s²;

∆h = variação na altura da coluna do manômetro, em m;

dHg = densidade relativa do mercúrio, igual a 13,6.

1.2- Número de Reynolds (Re)

-. = ( /

0 ��çã� 1.6

Em que:

V = velocidade da água no tubo, em m/s;

D = Diâmetro do tubo, m;

ν = Viscosidade cinemática, em m2/s.

1.3- Para a vazão real no Tubo Diafragma

� = 23 � � �2 �� − 1� Δℎ�� çã� 1.7

Em que:



3

CQ = Coeficiente de vazão do medidor;

Ad = área do orifício dado por:

67 = � � ��çã� 1.8

S = área do tubo;

γ = peso específico da água.

Determinar a viscosidade cinemática da água na temperatura obtida;

Determinar o número de Reynolds e determinar o CQ na tabela fornecida.

2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 7,80 cm;

- Valor de m = 0,45;

- Valor de K = 0,676;

- γágua = 9,79 kN/m3;

- ν = Viscosidade cinemática determinada pelo gráfico

3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA

- Tubo Diafragma;

- Quadro de pressões – manômetro;

- Vertedor retangular de duas contrações;

- Água;

- Régua;

- Termômetro;

- Módulo Experimental de hidráulica.

4) OBJETIVOS

- Determinar o coeficiente de vazão fornecido pela norma DIN; - Determinar a vazão real no tubo diafragma; - Comparar as vazões em termos de erro; - Tirar conclusões.


4

2ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso

1- FÓRMULAS

1.1- Perda de carga e perda de carga unitária no conduto

9 = 10,65 ��,;<

2�,;< /=,;> ?@�A%B − CDEED�B*F ��çã� 2.1

ℎG = �� − 1� Δℎ %� �&� ��çã� 2.2

9 = ℎG#

%� � �⁄ ��çã� 2.3

Δℎ = #� − #� %� �&� ��çã� 2.4

1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 2.5

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 2.6

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 2.7

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 2.8

Em que:






2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 3” = 7,62cm;


- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;

- g = 9,81m/s2;

- Tubulação lisa de 1 1/2”;


5

- Comprimento da tubulação entre tomadas de pressão = 2,25 m.


- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS:

- Calcular a perda de carga total ( hp );

- Calcular a perda de carga unitária ( J );

- Tirar conclusões.


6

3ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso

1- FÓRMULAS:


ℎG = H #/

(�

2 ?IóK��E� LBDM%K*�EF ��çã� 3.1

Lembrando que:

ℎG = �� − 1� Δℎ, %� �&� ��çã� 3.2

9 = ℎG#

, %� � �⁄ ��çã� 3.3

Δℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 3.4

1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 3.5

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 3.6

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 3.7

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 3.8

Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;

- g = 9,81m/s2;


7




- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS:





8

4ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso

1- FÓRMULAS:


9 = 10,65 ��,;<

2�,;< /=,;> ?@�A%B − CDEED�B*F ��çã� 4.1

Lembrando que:

ℎG = �� − 1� Δℎ, %� �&� ��çã� 4.2

9 = ℎG#

, %� � �⁄ ��çã� 4.3

Δℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 4.4

1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 4.5

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 4.6

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 4.7

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 4.8

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 4.9

Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;


9

- g = 9,81m/s2;




- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS





10

5ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso

1- FÓRMULAS


ℎG = H #/

(�

2 ?IóK��E� LBDM%K*�EF ��çã� 5.1

Lembrando que:

ℎG = �� − 1� Δℎ %� �&� ��çã� 5.2

9 = ℎG#

, %� � �⁄ ��çã� 5.3

Δℎ = #� − #� , %� �&� ��çã� 5.4

1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 5.5

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 5.6

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 5.7

∆ℎ = #� − #� , %� �&� ��çã� 5.8

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 5.9

Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;


11

- g = 9,81m/s2;




- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS





12

6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada do Registro de Gaveta


13

7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios

1- FÓRMULAS

Determinação da vazão pelo método direto

� = OPQRS

, em m³/s Equação 7.1

Em que:


Vol = volume, em m3;

∆t = tempo, em s.

2) DADOS

Obter os dados dos três reservatórios


- Proveta graduada (1000 ml);

- Termômetro

- Cronômetro;

- Régua

- Água;


4) OBJETIVOS

1- Calcular a vazão quando o reservatório 1 e 2 são abastecedores;

2- Quando o reservatório 2 passa de abastecedor a receptor, por quê?

3- Calcular a vazão quando o reservatório 1 é abastecedor e 2 é receptor;

4- Calcular a vazão no reservatório 3 (receptor) nas situações 1 e 3

5- Tirar conclusões.


14

8ª Experiência: Determinação da Curva Característica da Bomba


15

9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações

1- FÓRMULAS:

1.1- Vertedor Retangular com duas contrações

� = 1,838 #^@)� ?IK�B&D*F ��çã� 9.1

2 contrações:

#^ = # − 0,2 @ ��çã� 9.2

Em que:


L = largura do vertedor, em m;

H = Carga do vertedor, em m.

1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 9.3

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 9.4

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 9.5

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 9.6

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 9.7

Em que:






2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 3” = 7,62 cm;



16

- Valor de K = 0,676;

- g = 9,81 m/s2.


- Tubo Diafragma;


- Vertedor retangular de duas contrações;

- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a vazão no vertedor retangular de duas contrações;

- Determinar a vazão no tubo diafragma;

- Comparar as vazões em termos de erro;



17

10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular

1- FÓRMULAS

1.1- Vertedor Triangular

�

= 1,4 @<� ��çã� 10.1

Em que:



1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 10.2

��

�= � → �� = � � ��çã� 10.3

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 10.4

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 10.5

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 10.6

Em que:






2) DADOS:



- Valor de K = 0,676;

- dhg = 13,6;

- g = 9,81m/s2.


18


- Tubo Diafragma;


- Vertedor triangular;

- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a vazão no vertedor triangular;





19

11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa

1- FÓRMULAS

1.1- Vertedor de Parede Espessa

� = 1,71 # @)� ��çã� 11.1

Em que:



1.2- Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 11.2

��

�= � ⇒ �� = � � ��çã� 11.3

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 11.4

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 11.5

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 11.6

Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dhg = 13,6;

- g = 9,81m/s2.


20


- Tubo Diafragma;


- Vertedor de parede espessa;

- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a vazão no vertedor de parede espessa;





21

12a Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo

1- FÓRMULAS:

1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma

� = � �� 2 �� − 1�∆ℎ�� çã� 12.1

��

�= � ⇒̀ �� = � � ��çã� 12.2

� = � � � �2 �� − 1�∆ℎ� ! ��çã� 12.3

∆ℎ = #� − #�, %� �&� ��çã� 12.4

Lembrando que:

� = ( �, %� �) *⁄ ��çã� 12.5

Em que:






1.2- Vazão no orifício de fundo

� = &^� 6� a2 ℎ ��çã� 12.6

&^� = &� ?1 + 0,15 �F ��çã� 12.7

� = G%Kí�%dK� �� G�Kd% *�GKD�D��

G%Kí�%dK� �� KDHí&D� ��çã� 12.8

Em que:

cd = coeficiente de descarga;

K = coeficiente de forma;

A0 = área do orifício, em m²;

h = carga do orifício, em m.

1.3- Coeficiente de Contração (cc) e Velocidade (cv)

&� = &M && ��çã� 12.9


22

&& = 6`e

6� ��çã� 12.10

Em que:

cc = coeficiente de contração;

ASC = área da seção contraída, m²;

A0 = área do orifício, m².

2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 7,80 cm;


- Valor de K = 0,676;

- γágua = 9,79 kN/m3.


- Tubo Diafragma;


- Canal retangular com comporta de fundo;

- Água;

- Régua;

- Termômetro;


4) OBJETIVOS

- Determinar o coeficiente de vazão fornecido (cd);

- Determinar o coeficiente de contração (cc);

- Comparar o coeficiente de velocidade (cv);



23

13ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico

1- FÓRMULAS

Dissipação de Energia - ∆E

Δ� = ?f� − f�F)

4 f�f� , %� � ��çã� 13.1

Em que:

y1 e y2 = alturas conjugadas do ressalto.

Cálculo de Q:

2 ��

g� = f�f�� + f�f�

� ��çã� 13.2

Em que:

Q = vazão no canal, em m3/s;

b = largura do canal.

Cálculo da potência dissipada (Pd):

h7 = i � Δ�

75j ��çã� 13.3

Em que:

Pd = potência dissipada, em W;

η = rendimento = 1.

2) DADOS

Obter os dados do ressalto hidráulico.




24

4) OBJETIVOS

1- Obter os valores de y, y1 e y2 no ressalto hidráulico;

2- Calcular a dissipação de energia ou perda de carga no ressalto;

3- Calcular a vazão unitária e a vazão no canal;

4- Calcular a potência dissipada no ressalto;

5- Tirar conclusões.

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