Hidraulica Experimental Vertedouros

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG 
CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN 
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC 
ÁREA DE ENGENHARIA DE RECURSOS HÍDRICOS 
DISCIPLINA: HIDRÁULICA EXPERIMENTAL 2013.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO VERTEDOUROS 
 
 
 
 
 
 
 
Professor (a): Gleidsneli M.L. Lins. 
Monitor (a): Thayse Fernandes. 
 Turma: 04 
 Grupo: Alysson K. Brito. 
 Janaina B. Leite. 
 Rafael G. Leite. 
 
 
Campina Grande, PB. 
(02/04/2013) 
2 | P á g i n a 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 01 - Partes constituintes de um vertedor. 
Figura 02 – vertedouros de forma simples. 
Figura 03 – vertedor de forma composta. 
Figura 04 – Espessura do vertedor. 
Figura 05 – natureza da lâmina. 
Figura 06 – Altura relativa da soleira. 
Figura 07 – vertedor de soleira espessa. 
Figura 08 – vertedor de soleira delgado. 
Figura 09 – configuração das linhas de corrente. 
Figura 10 – Contrações. 
Figura 11- Vertedor triangular de parede fina. 
Figura 12 – exemplo de um vertedor triangular em campo. 
Figura 13- vertedor Cipoletti. 
Figura 14- Vertedor circular. 
Figura 15 – Vertedor retangular lateral. 
Figura 16 - Vertedor de soleira espessa. 
Figura 17 – Vertedora de parede fina e extravasor de soleira normal. 
Figura 18 – Eclusa para navegação. 
Figura 19 – Bacias de detenção. 
 Figura 20 - Vertedor em poço. 
Figura 21 – Vertedor do tipo labirinto ou galeria. 
3 | P á g i n a 
 
Figura 22 - Vertedor em funcionamento. 
Figura 23 - Vertedor tipo extravasor. 
Figura 24 – Vertedouro de Parede espessa. 
Figura 25 - Bancada Hidráulica (TecQuipment). 
Figura 26 – Vertedouros de parede fina. 
Figura 27 – Vertedouros, cronômetro, régua e lanterna. 
Figura 28 – Bancada em funcionamento. 
Figura 29 – Vertedouros, cronômetro, régua e lanterna. 
Figura 30 – Tranquilizador. 
Figura 31 – Micrômetro com escala limnimétrica. 
Figura 32 – Cronômetro. 
Figura 33 – Obstrução da saída de vazão. 
Figura 34 – Vertedouro Retangular sem Contração de parede fina. 
Figura 35 – Vertedouro Retangular com Contração de parede fina. 
Figura 36 – Vertedouro Triangular de 30º de parede fina. 
Figura 37 – Vertedouro Triangular de 90º de parede fina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 | P á g i n a 
 
ÍNDICE 
1. INTRODUÇÃO.............................................................................................................6 
1.1 Justificativa......................................................................................................6 
1.2 Objetivo...........................................................................................................6 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................7 
2.1. Vertedouro ...................................................................................................7 
 2.2. Momenclatura..........................................................................................8 
2.3. Fatores que influenciam na vazão de um vertedor.........................................8 
2.4. Classificação...........................................................................................9 
2.4.1 Quanto a forma: Simples e Composto..............................................9 
2.4.2 Quanto à espessura (natureza) da parede.........................................9 
2.4.3 Quanto à natureza da lamina..........................................................10 
2.4.4 Quanto à geometria da crista...........................................................11 
2.4.5 Quanto à altura da soleira..............................................................11 
2.4.6 Quanto à espessura da soleira (Delgada ou espessa)......................12 
2.5. Vertedouro retangular de parede fina sem contrações.................................13 
2.6. A influencia da contração lateral..................................................................14 
2.7. Vertedouro triangular de parede fina.......................................................15 
2.8. Vertedouro trapezoidal de parede fina.......................................................16 
2.9. Vertedouro circular.......................................................................................17 
2.10. Vertedouro retangular lateral......................................................................17 
2.11. Vertedouro de soleira espessa horizontal....................................................18 
2.12. Descarregadores de barragens....................................................................19 
2.13. Aplicações...................................................................................................20 
 2.13.1. Eclusa para navegações................................................................20 
 2.13.2. Bacia de detenção em sistemas de controle de cheias urbanas....20 
2.13.3. Vertedouro em poço.....................................................................21 
2.13.4. Vertedor do tipo labirinto ou galeria............................................21 
2.13.5. Defesa contra inundações.............................................................22 
2.13.6. Vertedor do tipo extravasor.........................................................23 
2.13.7. Vertedor do tipo sifão................................................................23 
 
 
5 | P á g i n a 
 
3. METODOLOGIA........................................................................................................25 
3.1. Materiais Utilizados............................................................................................25 
3.2. Procedimentos....................................................................................................25 
3.3. Acompanhamento Fotográfico...........................................................................26 
3. RESULTADOS...........................................................................................................29 
4. CONCLUSÃO............................................................................................................34 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................... 35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 | P á g i n a 
 
1. INTRODUÇÃO 
1.1. Justificativa 
Na História, grandes nomes marcaram para as contribuições. Em 1502 Leonardo 
da Vinci observou que a quantidade de água por unidade de tempo que escoava em um 
rio era a mesma em qualquer parte, independente da largura, profundidade, inclinação e 
outros. Mas o desenvolvimento de dispositivos práticos só foi possível com o 
surgimento da era industrial e o trabalho de pesquisadores como Bernoulli, Pitot e 
outros. 
A vazão é considerada geralmente a variável mais importante dentro do território 
industrial. Algumas variáveis influenciam na escolha do método de medição de vazão a 
ser utilizado. O fluxo de água, condições locais, custo (por existirem equipamentos 
caros e outros baratos) e a precisão desejada são algumas dessas variáveis que se deve 
levar em consideração ao fazer a escolha do método de medição de vazão. 
Vertedouro é uma estrutura hidráulica que pode ser utilizada para diferentes 
finalidades, como medição de vazão e controle de vazão, sendo estes os principais usos. 
O estudo dos vertedouros tem grande importância na engenharia hidráulica, e sua 
aplicação éampla e de grande valia, como por exemplo: Extravasor, descarregador de 
barragens, eclusa para navegação, capitação de água em projetos de abastecimento 
urbano e industrial e como medidor de vazão em canais artificiais e naturais. 
 
1.2. Objetivo 
O objetivo deste experimento é compreender o funcionamento do dispositivo e 
aferir o vertedor usado como um medidor de vazão e observar os possíveis erros que 
podem ser cometidos durante a realização do ensaio. 
 
 
 
 
 
7 | P á g i n a 
 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1. Vertedouro 
Em hidráulica, vertedouro, vertedor, sangrador ou sangradouro (ou 
ainda descarregador, o termo usado em Portugal) é uma estrutura hidráulica que pode 
ser utilizada para diferentes finalidades, como medição de vazão e controle de vazão, 
sendo estes os principais usos. Trata-se, basicamente, de um orifício de grandes 
dimensões no qual foi suprimida a aresta do topo, portanto a parte superior da veia 
líquida, na passagem pela estrutura, se faz em contato com a pressão atmosférica. 
Os vertedouros são estruturas relativamente simples, mas de grande importância 
prática devido a sua utilização em numerosas construções hidráulicas, como sistema de 
irrigações, estações de tratamento de água e esgotos, barragens, medição de vazões em 
córregos etc. 
O excesso de água acumulada em um reservatório de uma barragem seja de 
uma usina hidrelétrica ou de outra barragem qualquer (irrigação, 
abastecimento, navegação etc.) deve ser extravasado de forma segura por um canal ou 
túnel, de montante para a jusante. Neste sentido, o vertedouro é o órgão de segurança da 
represa. Os vertedouros podem conter algum mecanismo (comporta que regule a 
passagem do fluxo de água por eles). Nas barragens, este serviço geralmente é feito por 
comportas de aço, ou por válvulas. 
Como a queda da água pode ser muito alta além de sua vazão também poder ser 
elevada, no pé de um vertedouro podem existir estruturas que ajudem a dissipar a 
energia cinética da água, a fim de não causar danos a base da barragem. O uso de bacias 
de dissipação por ressalto hidráulico pode ser uma alternativa, pois, como se sabe, a 
jusante do ressalto o escoamento é subcrítico e, portanto, com velocidades que podem 
ser compatíveis com as velocidades máximas admissíveis relacionadas à estabilidade do 
leito do rio. Este tipo de alternativa, no entanto, é limitada pela vazão específica 
descarregada. Por esta razão existem outros tipos de sistemas extravasores. 
 
 
 
8 | P á g i n a 
 
2.2. Nomenclatura 
As principais partes constituintes de um vertedor (figura 01) são: 
 Crista ou soleira é a parte superior em que há contato com a lamina 
vertente. Se o contato da lâmina se limitar, como nos orifícios da parede fina, a uma 
aresta biselada, o vertedor é de parede delgada; já se o contato ocorrer em um 
comprimento apreciável da parede, o vertedor e de parede espessa. 
 Carga sobre a soleira H é a diferença de cota entre o nível d’água a 
montante, em uma região fora da curvatura da lâmina em que a distribuição de pressão é 
hidrostática, e o nível da soleira. 
 Altura do vertedor p é a diferença de cotas entre a soleira e o fundo do 
canal da chegada. 
 Largura ou luz da soleira L é a dimensão da soleira através do qual há 
escoamento. 
 
 
Figura 01 - Partes constituintes de um vertedor 
2.3. Fatores que influenciam na vazão de um vertedor 
 Forma do vertedor; 
 Espessura da soleira; 
 Rugosidade das paredes; 
 Altura do vertedor; 
 Carga H; 
 Nível d’água a jusante p1; 
 Forma da lâmina vertente. 
9 | P á g i n a 
 
2.4. Classificação 
2.4.1. Quanto à forma: Simples e composto 
 
Simples: retangular, trapezoidal, triangular, circular, parabólico. 
 
 
 
Figura 02 – vertedouros de forma simples. 
 
Composto: seções combinadas, duas ou mais formas geométrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 03 – vertedor de forma composta. 
2.4.2. Quanto à espessura (natureza) da parede: 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 04 – Espessura do vertedor. 
10 | P á g i n a 
 
2.4.3. Quanto à natureza da lâmina: lâmina livre, se a região abaixo da lâmina for 
arejada ou lâmina aderente, não havendo bolsa de ar abaixo da lâmina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 05 – natureza da lâmina 
 
 
Lâmina Livre → quando o ar circula livremente no espaço W abaixo da veia. 
Lâmina Deprimida → o ar é arrastado pela água, ocorrendo um vácuo parcial em W, 
que modifica a posição da veia. A descarga é maior que o vertedor de lâmina livre, 
chegando-se a ter x = 1,1. 
Lâmina Aderente → ocorre quando o ar sai totalmente, o valor de x varia de 1,2 a 1,3. 
Também pode ocorrer quando a carga é pequena e a força viva da água não é suficiente 
para afastá-la. 
Lâmina Afogada → Quando o nível da água a jusante é superior ao da soleira. P1 > P 
Nos vertedores afogados, a vazão diminui à medida que aumenta a submergência. A 
vazão desses vertedores pode ser estimada com base nos valores relativos à descarga 
dos vertedores livres aplicando-se um coeficiente de correção. 
A forma da lâmina depende da carga, da altura da soleira, da disposição do 
vertedor, da maior ou menor aeração do espaço debaixo da lâmina, e da altura d’água a 
jusante. Os coeficientes variam para cada tipo de vertedor, em média, segundo as 
experiências de Bazin, obtem-se : 
 
m’ = 0,433 para lâmina livre 
m’ = 0,460 para lâmina deprimida 
m’ = 0,497 para lâmina afogada na face inferior 
m’ = 0,553 para lâmina aderente 
 
11 | P á g i n a 
 
2.4.4. Quanto à geometria da crista: Quando o nível da água num reservatório 
ultrapassa a cota da crista da barragem, escoando-se sobre ela, a barragem funciona 
como um vertedor. 
 
2.4.5. Quanto à altura relativa da soleira: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 06 – Altura relativa da soleira. 
 
 
 
 P > P' Vertedor livre: o lençol cai livremente à jusante do vertedor, onde 
atua a pressão atmosférica. Esta é a situação que tem sido mais estudada e deve por isso 
ser observada quando na instalação do vertedor; 
 
 P < P' Vertedor afogado: situação que deve ser evitada na prática; 
poucos estudos sobre ela. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 | P á g i n a 
 
2.4.6. Quanto à espessura da soleira (delgada ou espessa): Há presença ou não de 
contrações laterais: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 07 – Vertedor de soleira espessa. Figura 08 – Vertedor de soleira delgada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 09 – configuração das linhas de corrente. 
 
 
 
13 | P á g i n a 
 
2.5. Vertedor retangular de parede fina sem contrações 
Esse tipo de vertedor tem sido ao longo dos anos, o mais estudado. Trata-se de 
uma placa delgada, com soleira horizontal e biselada, instalada perpendicularmente ao 
escoamento, ocupando toda a largura do canal, sem contrações laterais e com o espaço 
sob a lâmina vertente ocupado com ar à pressão atmosférica. Um vertedor com essas 
características, em geral utilizado para medidas de vazão com boa precisão, é 
denominado descarregador bazin. 
Sendo L a largura da soleira, igual à largura do canal, a vazão total descarregada 
vale: 
 
Algumas expressões serão apresentadas para determinar o valor do coeficiente 
de vazão Cd. 
 Bazin (1889) 
 
 Rehbock (1912) 
 
 Rehbock (1929) 
 
 
 
 
14 | P á g i n a 
 
 Francis (1905) 
 
Para p/h> 3,5, o valor da carga cinética de aproximação é pequenoe o 
coeficiente médio da equação de Francis torna-se Cd=0,623, podendo-se utilizar a 
fórmula prática. 
Q=1,838∙L∙h3/2 
Está equação, ainda que leve a valores aproximados, mas suficientes para 
resolver muitos problemas hidráulicos, pela sua simplicidade é a expressão mais 
utilizada na pratica. 
2.6. A influência da contração lateral 
Nas medições de vazão em campo, seja em canais artificiais ou córregos 
naturais, não se tem, evidentemente, as situações encontradas em laboratórios. Com a 
finalidade de manter a validade das equações discutidas e os valores dos coeficientes de 
vazão, considera-se, em vez da largura L da soleira, a largura efetivamente disponível 
para o escoamento L´. 
 
 
Figura 10 - Contrações 
 
 
15 | P á g i n a 
 
2.7. Vertedor triangular de parede fina 
Para medida de pequenas vazões (Q < 0,03 m3 /s) é preferível o emprego dos 
vertedores triangulares, por que, como é evidente, a carga H é medida mais facilmente 
que nos vertedores retangulares. 
 
Figura 11- Vertedor triangular de parede fina. 
A equação fundamental da lei de vazão para todos os vertedouros triangulares de 
parede fina. 
 
Dentre os vertedouros triangulares, o mais usado nas medições práticas é aquele 
com ângulo de abertura α= 90°, e para esta abertura as fórmulas experimentais mais 
usadas são: 
 Thomsom 
 
 Gouley e Crimp 
 
16 | P á g i n a 
 
 
Figura 12 – exemplo de um vertedor triangular em campo. 
 
2.8. Vertedor trapezoidal de parede fina 
Os vertedouros trapezoidais não encontram tanto interesse de aplicação como os 
vertedouros retangulares e triangulares. Há certa importância no vertedor Cipoletti. 
Vertedor Cipoletti → é um vertedor trapezoidal com as faces inclinadas de 1 : 4 
( tg α = ¼ ), o que compensa a redução de descarga que haveria no vertedor retangular, 
de mesmo comprimento da soleira, em consequência da contração lateral. 
 
Figura 13- vertedor Cipoletti. 
Tem sido determinado experimentalmente que o coeficiente de vazão de um 
vertedor Cipoletti vale Cd=0,63 e a vazão é determinada pela equação: 
 
Sujeito a: 0,05 < h < 0,60 m, a> 2h, L> 3h, P >3h e b(largura do canal) de 30 a 60. 
 
17 | P á g i n a 
 
2.9. Vertedor circular 
Esse tipo de vertedor existe uma facilidade de execução, não requer o 
nivelamento da soleira. Onde, D é o diâmetro do furo, e H a altura da lamina de água. 
 
Figura 14- Vertedor circular. 
 
A vazão é determinada pela equação: 
 
2.10. Vertedor retangular lateral 
Nos vertedores laterais a soleira é paralela a direção do escoamento. São usados 
para descarregar o excesso de vazão do canal para que o nível da água não ultrapasse 
determinada cota. Admite-se que a superfície da água no canal, ao longo do vertedor, 
varie segundo uma reta; a altura d’água H1 sobre a crista na extremidade de jusante é 
maior que altura H0 na Extremidade de montante quando o escoamento no canal é 
tranquilo, e menor quando o regime é rápido. 
 
Figura 15 – Vertedor retangular lateral. 
18 | P á g i n a 
 
Hidraulicamente, o escoamento sobre a soleira de tais canais vertedouros não 
mantém uma vazão unitária constante e é do tipo espacialmente variado. 
2.11. Vertedouros de soleira espessa horizontal 
Vertedor de Parede Espessa é uma elevação no fundo do canal de uma altura P, 
largura b e certo comprimento e, suficiente para produzir a elevação do nível d’água a 
sua montante. 
 
Figura 16 - Vertedor de soleira espessa. 
 
A vazão é determinada pela equação: 
 
O coeficiente de vazão Cd é função das relações h/P e h/e e também da 
rugosidade da crista e do fato de a aresta do bordo de ataque ser um ângulo vivo ou 
arredondado. 
Os valores da tabela abaixo, foram adaptados de King(31), para vertedouros de 
soleira espessa horizontal. 
19 | P á g i n a 
 
 
Tabela 01 - Valores do coeficiente de vazão Cd para vertedouros retangulares de 
parede espessa, adaptado por King (31). 
 
2.12. Descarregadores de barragens 
Em obras projetadas para o controle de vazões importantes, como nos 
aproveitamentos hidrelétricos, a geometria do vertedor não depende somente de 
considerações hidráulicas. Não é aconselhável utilizar uma geometria trapezoidal e 
soleira plana, para vazões desse porte, uma vez que as mudanças bruscas de 
angulosidade nos parâmetros de montante e jusante provocam a separação da lâmina, 
gerando turbulências e a pressões negativas. Nestes casos é comum o uso de 
vertedouros-extravasores, que são essencialmente grandes vertedores retangulares, 
projetados com uma geometria que promova um assentamento da lâmina perfeito. 
 
Figura 17 – Vertedora de parede fina e extravasor de soleira normal. 
 
 
 
20 | P á g i n a 
 
2.13. Aplicações 
2.13.1. Eclusa para navegação 
A usina hidrelétrica de Ibitinga, localizada no rio Tietê, possui uma eclusa para a 
permissão a navegação fluvial. 
 O enchimento da eclusa é feito através de oito comportas planas, 
comandadas eletricamente com velocidae de abertura constante. 
 
Figura 18 – Eclusa para navegação 
2.13.2. Bacia de detenção em sistemas de controle de cheias urbanas 
 Uma das estruturas utilizadas para o controle e atenuação da vazão de 
pico de um hidrograma, em projeto de drenagem urbana, ou mesmo em bacias rurais, é 
a implantação de uma bacia de detenção que o propicie o armazenamento temporário do 
volume de água que chega uma determinada seção. 
 
 Figura 19 – Bacias de detenção 
21 | P á g i n a 
 
 
2.13.3. Vertedor em poço 
 Estrutura de descarga constituída de soleira, zona de transição entra a 
soleira e o poço, zona de transição entre o poço e a galeria, e a galeria. 
 As soleiras podem ser retilíneas, circulares ou mistas. As circulares são 
as mais usadas nas usinas hidrelétricas e também chamadas de tulipas. 
 
 
 
 
 
 Figura 20 - Vertedor em poço. 
 
 
 
2.13.4. Vertedor do tipo labirinto ou galeria. 
É aquele onde a água é encaminhada a um poço vertical ou inclinado ligado a 
um túnel de descarga, que apresenta uma estrutura de dissipação de energia, 
amortecendo o impacto. Elementos soleira de emboque, poço, curva de ligação entre 
poço e túnel, túnel de descarga e estrutura de saída. A relação entre o comprimento da 
galeria e o desnível depende de condições topográficas e varia de, no Brasil, entre 2,6 e 
8,7. O comprimento pode atingir os 1,3km. Características O escoamento apresenta 
condições distintas, dependendo da seção de controle adotada. 
22 | P á g i n a 
 
 Uma alternativa no controle de cheias quando há pouco espaço e pouca 
disponibilidade de área decorrente da concentração populacional e efeito e efeito da 
urbanização. Exemplo da sua utilização em reservatório de detenção. 
 O vivedouro do tipo labirinto é aplicado em projetos que necessitam de 
maiores variações de vazões para menores variações de carga hidráulica sobre a soleira. 
 
 Figura 21 – Vertedor do tipo labirinto ou galeria. 
 
2.13.5. Defesa contra inundações. 
 Construção de barragens na parte alta da bacia hidrográfica, no rio 
principal ou em seu afluente. Um destes exemplos encontra-se no rio Itajaí d´Oeste, a 
4km a montante da cidade de Taió, em Santa Catarina, dentro do sistema de proteção 
contra cheias da cidade de Blumenau.Tal barragem consta de um vertedouro de 
superfície laminar livre.Tal operação permite o controle da vazão através das leis do 
orifícios, aplicada ao conduto curto instalado em cata baixa, a lei dos vertedores 
retangulares para cotas altas de água no reservatórioFigura 22 - Vertedor em funcionamento. 
23 | P á g i n a 
 
2.13.6. Vertedor tipo extravasor 
É o mais comum de todos e tem aplicação em grandes intervalos de vazões. Sua 
crista é projetada para acompanhar o perfil da lâmina vertente e, portanto, gerar 
pressões próximas a da atmosférica para as vazões de projeto (soleira normal). 
As vazões menores produzirão pressões superiores à atmosférica e as maiores 
podem provocar pressões subatmosféricas e gerar o risco de aparecimento de cavitação. 
 
 
 
 
 
 
Figura 23 - Vertedor tipo extravasor. 
 
2.13.7. Vertedor tipo sifão 
Utilizado quando as vazões são baixas, o espaço é reduzido e quando se quer 
manter o nível do reservatório praticamente constante. 
É um tubo fechado com forma de U invertido constituído de cinco partes: 
 
1) Entrada; 
2) Ramal superior; 
3) Garganta ou seção de controle; 
4) Ramal inferior; 
5) Saída. 
 
 
 
 
24 | P á g i n a 
 
A crista coincide com o nível de água normal do reservatório. Se o nível d’água 
sobe, inicia-se o escoamento. O escoamento inicia-se como no vertedor extravasor, mas 
à medida que o nível do reservatório aumenta, a entrada fica sem comunicação com o 
exterior e as pressões originadas são inferiores à atmosférica. O sifão escorvado (seção 
plena) indica apenas a presença de água no mesmo e é neste momento que o mesmo 
atua de maneira forçada. O sifão pode apresentar um conduto de aeração. Para o 
momento inicial, a carga acima da crista proporcional à H 3/2. Para o momento em que 
o sifão funciona a seção plena, vale a expressão: 
𝑄 = 𝐶𝐴 2𝑔 ℎ 
 
Onde A é a seção de controle, C é o coeficiente de descarga (entre 0,55 e 0,80), 
h é a carga de operação (h = z + H – z é a distância da crista ao nível de jusante e H é a 
carga acima da crista – montante). Os dispositivos de admissão do ar interrompem o 
efeito do sifão e são localizados a nível normal. A entrada pode ser colocada bem 
abaixo do nível normal. 
Este vertedor apresenta operação automática, mas requer cuidados quanto à 
cavitação e deve ser feita a limpeza periódica do conduto de aeração. 
 
Condicionantes 
Se não há espaço para construção de outros tipos de vertedores, ele pode ser uma 
boa solução. Em vales estreitos formados por barragens de terra ou enrocamento, ou se 
uma barragem de concreto não apresentar comprimento suficiente de crista e mesmo em 
barragens em arco, onde não é conveniente a operação de vertedores na barragem. 
Outras vantagens são suas pequenas dimensões e o pouco volume de concreto 
empregado na sua construção. 
Problemas Dissipação da energia cinética, otimização da curva de ligação e 
arrastamento de ar. 
 
Derivação de água em projeto de abastecimento 
Em um sistema de captação de água diretamente de um rio, foi projetado com o 
intuito de elevação de tirante de água, um muro, que tem largura igual à largura do rio, e 
funciona como um vertedouro retangular de parede espessa. 
 
 
25 | P á g i n a 
 
3. METODOLOGIA 
3.1. Materiais Utilizados 
 Bancada Hidráulica (TecQuipment) com bomba submersível; 
 Micrômetro com escala limnimétrica (afere o nível da superfície d’água); 
 Tranquilizador; 
 Régua; 
 Cronômetro; 
 Lanterna; 
 
3.2. Procedimentos 
Inicialmente o Técnico de Laboratório Ismael José Pereira mostrou-nos o 
equipamento e nos orientou como prosseguir com o experimento. 
 Começamos utilizando o Vertedouro Retangular sem Contração de 
Parede Delgada (Fina), onde medimos sua altura e seu comprimento com o auxilio da 
régua. Liberamos a vazão de água controlando com a válvula da bancada e esperamos 
até que a água transbordasse o vertedouro. 
Depois, fechamos a válvula da bancada e esperamos a água parar de transbordar 
e se estabilizar, para isto, a bancada dispunha de um tranquilizador. Após o fluxo de 
água parar de transbordar sobre o vertedouro e se uniformizar, mensuramos a altura do 
nível da superfície d’água sem vazão com o auxilio do micrômetro com escala 
limnimétrica. 
Após esta medida, abrimos a válvula da Bancada Hidráulica para que houvesse 
vazão e a água transbordasse sobre o vertedouro. Depois de observar que a vazão estava 
constante e uniforme mensuramos a segunda altura da lamina d’água. 
Depois com o auxilio do cronômetro e da Bancada Hidráulica acionamos o 
cronômetro ao mesmo tempo em que interrompemos o despejo da bancada. Esperamos 
até que o leitor da bancada atingisse um volume de 5 litros e travamos o cronômetro 
medindo o tempo. Repetiu-se esta etapa três vezes. 
O mesmo procedimento foi feito para os Vertedores: 
 Retangular com Duas Contrações de Parede Fina; 
 Triangular de 30º de Parede Fina; 
 Triangular de 90º de Parede Fina. 
26 | P á g i n a 
 
 
3.3. Acompanhamento Fotográfico 
 
 
 Figura 24 – Vertedouro de Parede Figura 25 - Bancada Hidráulica 
 Espessa. (TecQuipment). 
 
 
 
 
Figura 26 – Vertedouros de parede fina. Figura 27 – Vertedouros, cronômetro, 
 régua e lanterna. 
 
 
27 | P á g i n a 
 
 
 Figura 28 – Bancada em funcionamento. Figura 29 – Vertedouros, cronômetro, 
 régua e lanterna. 
 
 
 
 
 
 
Figura 30 – Tranquilizador. Figura 31 – Micrômetro com escala 
 limnimétrica. 
 
 
 
 
 
28 | P á g i n a 
 
 
 
 Figura 32 – Cronômetro. Figura 33 – Obstrução da saída de vazão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 34 – Vertedouro Retangular Figura 35 – Vertedouro Retangular 
 sem Contração de parede fina. com Contração de parede fina. 
 
 
 
 
29 | P á g i n a 
 
 
 Figura 36 – Vertedouro Triangular Figura 37 – Vertedouro Triangular 
 de 30º de parede fina. de 90º de parede fina. 
 
 
 
4. RESULTADOS 
 
Dados Experimentais 
Carga sobre a 
soleira 
 Vertedouro 
Retangular 
sem 
Contração 
 Vertedouro 
Retangular com 
Contração 
 Vertedouro 
Triangular de 30° 
 
Vertedouro 
Triangular 
de 90° 
 H1 (mm) 72,2 67,5 59,5 64,2 
H2 (mm) 57,5 17,2 1,9 22,8 
H = H1 - H2 14,7 50,3 57,6 41,4 
L (mm) 221 30 ̶̶ ̶ 
Vazão 
Volume (l) 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 
Tempo (s) 8 7,5 7,2 7,8 7,8 7,8 11,2 11 10,9 8 8 8 
Tabela 02 – Dados obtidos no experimento. 
 
 
 
 
30 | P á g i n a 
 
Vazão Experimental 
 
 Vertedouro Retangular sem Contração de Parede Fina: 
 
Q1 = 
V1
t1
=
5 l
8 s
= 0,625 l/s
Q2 = 
V2
t2
=
5 l
7,5 s
= 0,667 l/s 
Q3 = 
V3
t3
=
5 l
7,2 s
= 0,694 l/s}
 
 
 
 
 𝑄𝑚 = 
𝑄1+ 𝑄2+𝑄3 
3
= 6,62. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
 Vertedouro Retangular com Contração de Parede Fina: 
 
Q1 = 
V1
t1
=
5 l
7,8 s
= 0,641 l/s
Q2 = 
V2
t2
=
5 l
7,8 s
= 0,641 l/s 
Q3 = 
V3
t3
=
5 l
7,8 s
= 0,641 l/s}
 
 
 
 
 𝑄𝑚 = 
𝑄1+ 𝑄2+𝑄3 
3
= 6,41. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
 Vertedouro Triangular de 30º de Parede Fina: 
 
Q1 = 
V1
t1
=
5 l
11,2 s
= 0,446 l/s
Q2 = 
V2t2
=
5 l
11 s
= 0,455 l/s 
Q3 = 
V3
t3
=
5 l
10,9 s
= 0,459 l/s}
 
 
 
 
 𝑄𝑚 = 
𝑄1+ 𝑄2+𝑄3 
3
= 4,53. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
 Vertedouro Triangular de 90º de Parede Fina: 
 
Q1 = 
V1
t1
=
5 l
8 s
= 0,625 l/s
Q2 = 
V2
t2
=
5 l
8 s
= 0,625 l/s 
Q3 = 
V3
t3
=
5 l
8 s
= 0,625 l/s}
 
 
 
 
 𝑄𝑚 = 
𝑄1+ 𝑄2+𝑄3 
3
= 6,25. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
31 | P á g i n a 
 
Vazão Teórica 
 
Segundo as fórmulas práticas e aproximadas de Francis (1905): 
 
 Vertedouro Retangular sem Contração de Parede Fina: 
 
𝑄 = 1,838. 𝐿. 𝐻3/2 
𝑄 = 1,838. (221. 10−3). (14,7. 10−3)3/2 
𝑄 = 7,24. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
 Vertedouro Retangular com Contração de Parede Fina: 
 
𝑄 = 1,838. (𝐿 − 0,20𝐻). 𝐻3/2 
𝑄 = 1,838. (30. 10−3 − 0,20. (50,3. 10−3)). (50,3. 10−3)3/2 
𝑄 = 4,13. 10−4 𝑚³/𝑠 
 
Segundo a fórmula prática e aproximada de Thomson: 
 
 Vertedouro Triangular de 30º de Parede Fina: 
 
𝑄 = 1,40.𝐻5/2 
𝑄 = 1,40. (57,6. 10−3)5/2 
𝑄 = 1,11. 10−3 𝑚³/𝑠 
 
 Vertedouro Triangular de 90º de Parede Fina: 
 
𝑄 = 1,40.𝐻5/2 
𝑄 = 1,40. (41,4. 10−3)5/2 
𝑄 = 4,88. 10−4 𝑚³/𝑠 
32 | P á g i n a 
 
 
Cálculo dos Erros Experimentais 
 
 Vertedouro Retangular sem Contração de Parede Fina: 
 
E% = 
|Qt + Qexp|
Qt
× 100 
E% = 
|7,24. 10−4 + 6,62. 10−4|
7,24. 10−4
× 100 
E% = 8,6 % 
 
 Vertedouro Retangular com Contração de Parede Fina: 
 
E% = 
|Qt + Qexp|
Qt
× 100 
E% = 
|4,13. 10−4 + 6,41. 10−4|
4,13. 10−4
× 100 
E% = 55,2 % 
 
 Vertedouro Triangular de 30º de Parede Fina: 
 
E% = 
|Qt + Qexp|
Qt
× 100 
E% = 
|1,11. 10−3 + 4,53. 10−4|
1,11. 10−3
× 100 
E% = 14,5 % 
 
 
33 | P á g i n a 
 
 Vertedouro Triangular de 90º de Parede Fina: 
 
E% = 
|Qt + Qexp|
Qt
× 100 
E% = 
|4,88. 10−4 + 6,25. 10−4|
4,88. 10−4
× 100 
E% = 28,1 % 
 
 
 
Erros Experimentais 
 Vertedouro 
Retangular sem 
Contração 
 Vertedouro 
Retangular com 
Contração 
 Vertedouro 
Triangular de 
30° 
 Vertedouro 
Triangular de 
90° 
8,60% 55,20% 14,50% 28,10% 
Tabela 03 – Resumo dos Erros Experimentais calculados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 | P á g i n a 
 
5. CONCLUSÃO 
O trabalho foi satisfatório a medida que compreendemos o funcionamento e a 
função que o vertedouro desempenha na prática, além de observar os inúmeros tipos e 
formas mostrados. 
As possíveis causas dos erros calculados se dão por: 
 Erro de operação na medição do volume e tempo para mensuração da vazão; 
 Erro de operação na aferição das laminas d’água com o micrômetro; 
 Cálculo das vazões teóricas calculadas com equações genéricas de Thomson e 
Francis, onde na verdade era para serem utilizadas outras equações empíricas 
que necessitavam do Coeficiente de Descarga (Cd) de cada vertedouro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 | P á g i n a 
 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
1. PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica Básica. 4ª edição. São Carlos, São Paulo. 
Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), 2006. 540p. 
2. VERTEDOURO, disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Vertedouro>. 
Acessado em 26 de março de 2014, às 22:15 horas. 
3. VERTEDOURO, disponível em: 
<http://www.ufpi.br/subsiteFiles/ct/arquivos/files/pasta/CAP4.pdf>. Acessado em 30 de 
março de 2014, às 22:30 horas. 
4. MEDIÇÃO DE VAZÃO. Disponível 
em:<http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/daniel/Downloads/Material/Graduacao/IT%2
0142/Caps%204,5%202011%202.pdf>. Acessado em 29 de março de 2014, às 20:13 
horas. 
5. VERTEDOURO. Disponível em: 
<http://www2.ufersa.edu.br/portal/view/uploads/setores/111/APRESENTA%C3%87%
C3%83O%20VERTEDORES.pdf>. Acessado em 29 de março de 2014, às 22:45 horas. 
6. Caracterização geral da Estação Experimental Bacia Escola. 
 Disponível em: < http://www.cca.ufpb.br/lavouraxerofila/pdf/sjc.pdf>. Acessado em 30 
de março de 2014, às 9:34 horas. 
7. Hidráulica Aplicada - Vertedores disponível em: 
< http://www.falcetta.eng.br/_resumos/eng23.pdf> Acessado em 30 de março de 2014, 
às 10:24 horas. 
8. Vertedor do tipo labirinto. Disponível em < 
file:///C:/Users/Antonio/Downloads/dissertacaoEduardoKohnrev1.pdf> Acessado em 30 
de março de 2014, às 14:18 horas. 
9. Experimentos do Laboratório de hidráulica /ufcg. Disponível em: 
<http://m.labhidroufcg.webnode.com/servi%C3%A7os/>. Acessado em 31 de março de 
2014, às 22:39 horas.