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FENÔMENOS DE TRASNPORTE – LABORATÓRIO 19, JANEIRO DE 2018 1
LABORATÓRIO 1 - MEDIÇÃO DE VAZÃO
VOLUMÉTRICA
Flavia L. Francelino, Gabriel M. Pereira, Gabriel R. Moreira, Gabriel T. Brasil, Jefferson A. B. Ferreira,
Resumo—O presente trabalho tem como objetivo medir a
vazão do canal artificial localizado na bancada para ensaio de
turbinas hidráulicas no laboratório do curso de Engenharia
de Energia no campus da Faculdade UnB Gama – FGA, da
Universidade de Brasília. A bancada está instalada no laboratório
de Termo Fluidos no prédio Unidade de Ensino e Docência
(UED).
Index Terms—IEEEtran, journal, LATEX, paper, template.
I. INTRODUÇÃO
Diante do atual cenário de crise hídrica vivido no Distrito
Federal, onde se faz necessário o racionamento de água e,
diante da necessidade de novas fontes de abastecimento, do
conhecimento dos regimes fluviométricos das bacias, do com-
portamento dos rios e suas vazões, é de grande importância
gerenciar os recursos hídricos em bacias hidrográficas. Sendo
assim, a medição de vazão é uma ferramenta crucial na
determinação das condições hidrológicas e na disponibilidade
hídrica de certa bacia. Dentre os diversos métodos de se
obter a vazão, encontram-se os vertedores que são simples
aberturas na parte superior de uma parede por onde o líquido
escoa. Podem ser instalados em cursos d’água naturais ou
artificiais e são indicados para medir pequenas a médias
vazões. Geralmente são construídos com forma geométrica
definida, sendo as mais utilizadas: retangulares, triangulares,
trapezoidais e circulares. Utilizou-se o vertedor triangular de
parede delgada, Figura (1), pois segundo a NBR 13403/95 os
vertedores triangulares oferecem maior precisão para vazões
menores que 30 L/s – sendo esta uma característica do canal
em estudo - são fáceis de instalar, e as determinações contínuas
de vazão são possíveis quando um registrador de altura é
acoplado ao vertedor.
II. MATERIAIS E MÉTODOS
Esse experimento foi realizado na bancada para ensaio de
turbinas hidráulicas no laboratório do curso de Engenharia
de Energia no campus da Faculdade UnB Gama - FGA,
da Universidade de Brasília. A bancada está instalada no
laboratório de Termofluidos no prédio Unidade de Ensino e
Docência (UED) e é composta principalmente pelos seguintes
itens:
1) Inversor de frequência WEG CFW09;
2) Bomba KSB ETAN100 - 250, Q = 184,4m3/h, H =
21,3mca;
3) Reservatório de água com capacidade de 1000l;
4) Vertedor triangular;
Conforme evidenciado na NBR 13403, o vertedor que
melhor se aplica é o vertedor triangular, Figura (1), pois a
vazão máxima que a bomba fornece é de 51 l/s.
Figura 1. Vertedor triangular utilizado no experimento.
Da equação da conservação mássica, considerando o es-
coamento incompressível, tem-se que a vazão volumétrica Q
pode ser calculada utilizando a Eq. . Sendo V a velocidade do
escoamento e A a respectiva área.
Q = V ∗A (1)
Em termos diferenciais a vazão volumétrica assum a forma
dQ = V * dA. Considerando um lugar distante o suficiente para
a velocidade ser nula e outro na proximidade do vertedor, o
termo da velocidade pode ser determinado através da aplicação
direta da Equação de Bernoulli, neste caso a velocidade as-
sume o valor de V =
√
2gz. Admitindo-se uma faixa horizontal
de altura infinitesimal dz e comprimento x, conforme Figura
(2), tem-se que:
dQ =
√
2gz ∗ x ∗ dz (2)
A vazão volumétrica teórica para o vertedor triangular pode
ser calculada pela Equação (3).
Qt =
8
15
∗
√
2g ∗ tan(θ
2
) ∗H 52 (3)
Onde:
FENÔMENOS DE TRASNPORTE – LABORATÓRIO 19, JANEIRO DE 2018 2
Figura 2. Esquemático de um vertedor triangular.
• Qt é a vazão teórica em
[m3/s]
• H é a altura da lâmina d’água medida a partir do vértice
do triângulo, em metro [m].
Conforme exposto em (CPRH, 2004) e (MACINTYRE, 1983),
a equação de descarga para este tipo de vertedor com ângulo
central igual a 90o, sem contração lateral, é dada pela equação
de Thompson, Equação (4).
Q = 1, 4 ∗H 52 (4)
O valor teórico muitas vezes difere do valor experimental.
Neste caso é necessárioi usar um fator de correção chamado de
Coeficiente de Descarga, Cd, onde pode ser calculado através
da Equação (5):
Q = Cd ∗Qt (5)
III. RESULTADOS E ANÁLISES
1) Utilizando os conhecimentos de semelhança de
triângulos e trigonometria e tendo como base a Equação
(2), nota-se que a vazão volumétrica teórica para o
vertedor triangular pode ser calculada pela Equação (3):
2) Através da equação de Thomson, Equa-
ção (4), calculou-se a vazão volumétrica:
3) Realizaram-se três medições e, utilizando o valor
da vazão dado pela Equação de Thompson
como o valor de Q, calculou-se o valor de Cd:
IV. CONCLUSÕES
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REFERÊNCIAS
[1] FILHO, G. L. T. et al. Pequenos Aproveitamentos Hidroelétricos –
Soluções Energéticas para a Amazônia. 1. ed. Brasília: Ministério de
Minas e Energia, 2008.
[2] ELETROBRÁS. Sistema de Coleta de Dados Operacionais (SCD) –
Sistemas Isolados. Brasília, 2014. Acesso em: 08 jan. 2014.
[3] EPE. Empresa de Pesquisa Energética – Balanço Energético Nacional
2013. Rio de Janeiro: EPE, 2013.
[4] WEG. Soluções em Geração de Energia: Pequenas Centrais Hidrelétricas.
Jaraguá do Sul. SC. 2014.
[5] ELS, R. H. V. et al. Eletrificação Rural em Santarém: Contribuição das
Microcentrais. Revista Brasileira de Energia, v. 1, n. 16, p. 35–46, 2010.
[6] FILHO, G. L. T. Energização de Comunidade Isolada na Amazônia –
Projeto Microcentral Canaã. Itajubá: Centro Nacional de Referências em
Pequenas Centrais Hidrelétricas, 2006.
[7] P. P. Gohil, R.P.Saini, CFD: Numerical Analysis and Performance Pre-
diction in Francis Turbine, IEEE, Kalyani, India, 2014.
[8] H.J. Choi, et al. CFD validation of performance im-provement of a 500
kW Francis turbine, Renewable Energy 54 (2013) 111–123
[9] G. A. Aggidis, A. Zidonis, Hydro turbine prototype testing and generation
of performance curves: Fully automated approach, Renewable Energy 71
(2014) 433–441.
[10] Wen-Tao Su, et. Al. Experimental Investigation on the Characteristics
of Hydrodynamic Stabilities in Francis Hydroturbine Models. Hindawi
Publishing Corporation. Advances in Mechanical Engineering. (2014).
[11] T. Bakka, H. Karimi, Bond graph modeling and simulation of wind
turbine systems, Journal of Mechanical Science and Technology 27 (6)
1843–1852. doi:10.1007/s12206-013-0435-x.