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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

PROFESSORA: JORDANA MOURA CAETANO

GOIÂNIA, GO

2015-1



Coordenador da disciplina: Marcelo T. Haraguchi

1

Sumário

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

2ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso .................................................................................. 6

3ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo liso................................. 8

4ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso ........................................................................... 10

5ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians no tubo rugoso ......................... 12

6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada no Registro de Gaveta ............................................. 14

7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três reservatórios ............................................ 16

8ª Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e velocidade no orifício de fundo .......... 17

9ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Retangular com duas contrações ........................................ 19

10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa ............................................................ 21

11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular ......................................................................... 23

12a Experiência: Determinação da carga de pressão fornecida pela bomba .......................................................... 25

13ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros do fenômeno do Ressalto Hidráulico .................. 26




2

1ª Experiência: Determinação da vazão real no Tubo Diafragma

1- FÓRMULAS

1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma

𝑄 = 𝐾 𝑆0 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}12 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.1

𝑆0

𝑆= 𝑚 ⇒ 𝑆0 = 𝑚 𝑆 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.2

𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1

2 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.3

∆ℎ = 𝐿1 − 𝐿2, 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.4

Lembrando que:

𝑄 = 𝑉 𝑆, 𝑒𝑚 𝑚3 𝑠⁄ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 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)

𝑅𝑒 = 𝑉 𝐷

𝜈 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.6

Em que:

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

D = Diâmetro do tubo, m;

= Viscosidade cinemática, em m2/s.

1.3- Para a vazão real no Tubo Diafragma

𝑄 = 𝐶𝑄 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1) Δℎ}12 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.7

Em que:





3

CQ = Coeficiente de vazão do medidor;

Ad = área do orifício dado por:

𝐴𝑑 = 𝑆 𝑚 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 1.8

S = área do tubo;

= 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;

- água = 9,79 kN/m3;

- = Viscosidade cinemática determinada pelo gráfico

3) MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA

- Tubo Diafragma;

- Quadro de pressões – manômetro;

- 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




5




6

2ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo liso

1- FÓRMULAS:

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

ℎ𝑝 = 𝑓 𝐿

𝐷

𝑉2

2 𝑔 (𝐹ó𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.1

Lembrando que:

ℎ𝑝 = (𝑑𝐻𝑔 − 1) Δℎ, 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.2

𝐽 = ℎ𝑝

𝐿, 𝑒𝑚 𝑚 𝑚⁄ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.3

Δℎ = 𝐿1 − 𝐿2, 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 2.4

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1


Lembrando que:


Em que:






2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 3” = 7,62cm;


- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;

- g = 9,81m/s2;




7

- Tubulação lisa de 1 1/2”;

- 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 );





8

3ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians

no tubo liso

1- FÓRMULAS


𝐽 = 10,65 𝑄1,85

𝐶1,85 𝐷4,87 (𝐻𝑎𝑧𝑒𝑛 − 𝑊𝑖𝑙𝑙𝑖𝑎𝑛𝑠) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3.1

ℎ𝑝 = (𝑑𝐻𝑔 − 1) Δℎ 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3.2

𝐽 = ℎ𝑝

𝐿 𝑒𝑚 𝑚 𝑚⁄ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3.3

Δℎ = 𝐿1 − 𝐿2 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 3.4

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1


Lembrando que:


Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;

- g = 9,81m/s2;





9



- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS:







10

4ª Experiência: Determinação do fator de atrito no tubo rugoso

1- FÓRMULAS


ℎ𝑝 = 𝑓 𝐿

𝐷

𝑉2

2 𝑔 (𝐹ó𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑈𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.1

Lembrando que:

ℎ𝑝 = (𝑑𝐻𝑔 − 1) Δℎ 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.2

𝐽 = ℎ𝑝

𝐿, 𝑒𝑚 𝑚 𝑚⁄ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.3

Δℎ = 𝐿1 − 𝐿2 , 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.4

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1


∆ℎ = 𝐿1 − 𝐿2 , 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 4.8

Lembrando que:


Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;




11

- g = 9,81m/s2;




- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS







12

5ª Experiência: Determinação do coeficiente de rugosidade de Hazen-Willians

no tubo rugoso

1- FÓRMULAS:


𝐽 = 10,65 𝑄1,85

𝐶1,85 𝐷4,87 (𝐻𝑎𝑧𝑒𝑛 − 𝑊𝑖𝑙𝑙𝑖𝑎𝑛𝑠) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 5.1

Lembrando que:


𝐽 = ℎ𝑝

𝐿 , 𝑒𝑚 𝑚 𝑚⁄ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 5.3

Δℎ = 𝐿1 − 𝐿2, 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 5.4

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dHg = 13,6;




13

- g = 9,81m/s2;




- Tubo Diafragma;


- Água;


4) OBJETIVOS







14

6ª Experiência: Determinação da perda de carga localizada no Registro de

Gaveta

1 FÓRMULAS

1.1. Perda de carga nos condutos


Δℎ = 𝐿1 − 𝐿2 , 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 (𝑇𝑢𝑏𝑜 𝑙𝑖𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑚 𝑟𝑒𝑔𝑖𝑠𝑡𝑟𝑜) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 6.2

ℎ𝑝𝑟= (𝑑𝐻𝑔 − 1) Δℎ, 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 6.3

Δℎ1 = 𝐿3 − 𝐿4 , 𝑒𝑚 𝑚𝑐𝑎 (𝑇𝑢𝑏𝑜 𝑙𝑖𝑠𝑜 𝑐𝑜𝑚 𝑟𝑒𝑔𝑖𝑠𝑡𝑟𝑜) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 6.4

ℎ𝑝𝐿𝑂𝐶= ℎ𝑝𝑟

− ℎ𝑝 (𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑔𝑖𝑠𝑡𝑟𝑜) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 6.5

ℎ𝑝𝐿𝑂𝐶= 𝐾𝑃 ∙

𝑣2

2𝑔 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 6.6

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






2 DADOS


- Valor de K = 0,676;




15

- dHg = 13,6;

- g = 9,81m/s2.

3 MATERIAL PARA EXPERIÊNCIA


- Tubulação lisa de 1 1/2” com registro de gaveta aberto;

- Quadro de pressões – manômetros.

4 OBJETIVOS

- Calcular a perda localizada no registro (hpLOC);

- Determinar o coeficiente de perda de carga localizada (KP) do registro;





16

7ª Experiência: Visualização e determinação dos parâmetros dos três

reservatórios

1- FÓRMULAS

Determinação da vazão pelo método direto

𝑄 =𝑉𝑜𝑙

Δ𝑡, 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.




17

8ª Experiência: Determinação dos coeficientes de descarga, contração e

velocidade no orifício de fundo

1- FÓRMULAS:

1.1- Para a vazão no Tubo Diafragma


𝑆0

𝑆= 𝑚

𝑠⇒ 𝑆0 = 𝑚 𝑆 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.2

𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






1.2- Vazão no orifício de fundo

𝑄 = 𝑐′𝑑 𝐴0 √2 𝑔 ℎ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.6

𝑐′𝑑 = 𝑐𝑑 (1 + 0,15 𝐾) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.7

𝐾 = 𝑝𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑟𝑖𝑚𝑖𝑑𝑎

𝑝𝑒𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑜𝑟𝑖𝑓í𝑐𝑖𝑜 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.8

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)

𝑐𝑑 = 𝑐𝑣 𝑐𝑐 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.9




18

𝑐𝑐 = 𝐴𝑠𝑐

𝐴0 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 8.10

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;

- água = 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);





19

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

contrações

1- FÓRMULAS:

1.1- Vertedor Retangular com duas contrações

𝑄 = 1,838 𝐿′𝐻32 (𝐹𝑟𝑎𝑛𝑐𝑖𝑠) 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 9.1

2 contrações:

𝐿′ = 𝐿 − 0,2 𝐻 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 9.2

Em que:


L = largura do vertedor, em m;

H = Carga do vertedor, em m.

1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






2) DADOS

- Diâmetro do tubo = 3” = 7,62 cm;





20

- 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;






21

10ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor de Parede Espessa

1- FÓRMULAS

1.1- Vertedor de Parede Espessa

𝑄 = 1,71 𝐿 𝐻32 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 10.1

Em que:



1.2- Tubo Diafragma


𝑆0


𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






2) DADOS



- Valor de K = 0,676;

- dhg = 13,6;

- g = 9,81m/s2.




22


- Tubo Diafragma;


- Vertedor de parede espessa;

- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a vazão no vertedor de parede espessa;







23

11ª Experiência: Determinação da vazão no Vertedor Triangular

1- FÓRMULAS

1.1- Vertedor Triangular

𝑄 = 1,4 𝐻52 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 11.1

Em que:



1.2- Tubo Diafragma


𝑆0

𝑆= 𝑚 → 𝑆0 = 𝑚 𝑆 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 11.3

𝑄 = 𝐾 𝑆 𝑚 {2 𝑔 (𝑑𝐻𝑔 − 1)∆ℎ}1



Lembrando que:


Em que:






2) DADOS:



- Valor de K = 0,676;

- dhg = 13,6;

- g = 9,81m/s2.





24

- Tubo Diafragma;


- Vertedor triangular;

- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a vazão no vertedor triangular;







25

12a Experiência: Determinação da carga de pressão fornecida pela bomba

1- FÓRMULAS

𝑃2 − 𝑃1 = 𝛾 ∙ ℎ 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 12.1

Em que:

P = pressão, N/m²;

γ = peso específico, N/m³;

h = diferença de cota, m.

2) DADOS:


- dhg = 13,6;

- γ = 10.000 N/m³.



- Água;

- Régua;


4) OBJETIVOS

- Determinar a carga de pressão fornecida pela bomba;





26

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

Ressalto Hidráulico

1- FÓRMULAS

Dissipação de Energia - E

Δ𝐸 = (𝑦2 − 𝑦1)3

4 𝑦1𝑦2 , 𝑒𝑚 𝑚 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 13.1

Em que:

y1 e y2 = alturas conjugadas do ressalto.

Cálculo de Q:

2 𝑄2

𝑔𝑏2= 𝑦2𝑦1

2 + 𝑦1𝑦22 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 13.2

Em que:

Q = vazão no canal, em m3/s;

b = largura do canal.

Cálculo da potência dissipada (Pd):

𝑃𝑑 = 𝛾 𝑄 Δ𝐸

75𝜂 𝐸𝑞𝑢𝑎çã𝑜 13.3

Em que:

Pd = potência dissipada, em W;

= rendimento = 1.

2) DADOS

Obter os dados do ressalto hidráulico.



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;




27

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

4- Calcular a potência dissipada no ressalto;

5- Tirar conclusões.

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