hidraulica vertedores

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FACULDADES INTEGRADAS DE OURINHOS - FIO
Faculdades Integradas de Ourinhos 
Faculdade de Engenharia 
Engenharia Civil – 6T - 2017
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
EXPERIMENTO II: MEDIÇÃO DE VAZÃO VERTEDOR, FLUTUADOR E RUGOSIDADE
Professor responsável: Profº. Ms. Julio César dos Santos 
	Angélica A. Pereira de S. Correa 
	ID: 152362
	Elizângela Dutra Marques
	ID: 212435
	Larine Christoni
	ID: 206000
	Letícia Emi Nagata 
	ID: 223122
	Matheus Pereira 
	ID: 194293
	Polyana Eulália
	ID: 146863
Ourinhos
2017
1. Introdução
As determinações de vazão realizam-se para diversos fins. Entre eles, citam-se sistemas de abastecimento de água, estudo de lançamentos de esgoto, instalações hidroelétricas, obras de irrigação, defesa contra inundações e etc. Dentre os processos para medição de vazão temos os vertedores e flutuadores. Vertedores podem ser definidos como simples paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se, também, a obstáculos à passagem da corrente e aos extravasores das represas. Os vertedores são por assim dizer, orifícios sem a borda superior (NETTO, 1998).
Figura1: Vertedouro
Há muito que vertedores tem sido utilizados, intensiva e satisfatoriamente na medição de vazões de pequenos cursos de água e condutos livres, assim como controle de escoamento em galerias e canais, razão porque seu estudo é de grande importância.
Os flutuadores consistem em objetos flutuantes que adquirem a velocidade das águas que os circundam, podem ser; simples, duplos, lastrados, na prática são poucos utilizados para medições devido a muitas causas de erro como ventos e irregularidades (NETTO, 1998).
A rugosidade das paredes dos canais e tubulações é função do material dos quais são construídos, o acabamento da construção e o tempo de uso. Os valores são determinados em medições tanto de laboratório como em campo. A variação deste parâmetro é fundamental para o cálculo hidráulico por um lado, e para o bom desempenho das obras hidráulicas por outro.
Neste relatório abordaremos métodos de cálculo de vazão, realizados em laboratório utilizando vertedores e um flutuador simples, levando em consideração a rugosidade do material.
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 Materiais Utilizados 
Boia de isopor (flutuador);
Bancada para experimento em canal aberto;
Cronômetro;
Régua; 
Trena;
Vertedores (retangular, triangular);
2.2 Metodologia
Nos experimentos realizados no laboratório, para cálculo da vazão foram utilizados vertedores (retangular e triangular) e o método flutuador, variando a altura do nível da coluna de água até sua estabilização, para posteriormente dar início das medições. Levou-se em consideração também a rugosidade do material, neste caso o acrílico. 
2.2.1 Método Flutuador
Os flutuadores podem ser utilizados por uma (garrafa plástica, boia, etc.) Neste experimento utilizou-se uma boia de isopor, colocada sobre a superfície da agua. Este método possibilita determinar velocidade superficial do escoamento. Esta velocidade superficial é na maioria das vezes, superior à velocidade média do escoamento. Sendo que, a velocidade média corresponde de 80 a 90% da velocidade superficial.
 Figura 2: Cálculo da vazão - Método Flutuador 
Equação da Velocidade para flutuador simples: 
Vmed = 0,80 a 0,90 de Vsup 
Vmed(velocidade média) Vsup(velocidade)
Q: vazão (L) 		A: área
2.2.2 Método Vertedor 
Para o experimento 2, utilizou-se dois vertedores, um retangular e um triangular, que ao ser colocada transversalmente no canal intervém ao fluxo do líquido, fazendo com que o mesmo sobreleve o nível da água a montante, até atingir uma altura que produza uma lâmina d´água sobre a abertura.
Figura 3- Vertedor retangular de parede delgada 
Onde:
L: largura da soleira;
H: altura da lâmina de água que passa (carga hidráulica) sobre a soleira;
P: distância do fundo d’água à soleira;
P’: profundidade do curso de água à jusante do vertedor. 
De acordo com os itens citados acima, segue abaixo o significado de cada um:
Soleira é a borda horizontal em que há contato com a lâmina d´água;
A carga é a altura (h) de água sobre a soleira (ou crista), são medidas no abaixamento para que não haja interferência da superfície;
A veia líquida que escoa pelo vertedor é chamada de lâmina;
Faces são as bordas verticais do vertedor. 
 Tipos de vertedores simples utilizados no experimento
a) Retangular
	Os vertedores retangulares na maioria das vezes são os mais empregados para as medições de descarga. Os filetes líquidos inferiores que se elevam até acima da soleira enquanto que a superfície da água e os filetes líquidos superiores sofrem um abaixamento, apresentando a lâmina vertente, sendo que esse caso se aplica quando lâmina está livre. 
Encontram-se grandes números de formulas propostas para essa classe de vertedor. Essas formulas são válidas para os vertedores, nos quais atua a pressão atmosférica sob lamina vertente. Na fórmula de Francis está desprezada a velocidade de chegada. Fórmula de Francis: Q = 1,838 L. H 3/2
b) Triangular
Os Vertedores triangular possibilitam maior precisão nas medidas de cargas correspondentes a vazões reduzidas, São geralmente trabalhadas em chapas metálicas. Na pratica, somente são empregados os que tem forma isósceles, sendo mais usuais os 90º, em nosso experimento usamos feito de material acrílico. 
Figura 4: Vertedor triangular
Para esses vertedores, adota-se a: Fórmula de Thompson, Q= 1,4 H5/2
O valor de θ não pode ser muito pequeno pois há a influência da tensão superficial, capilaridade e viscosidade. Em geral adota-se θ > 25º.
2.2.3 Rugosidade do Material 
No experimento 3 levou-se em consideração do material, neste caso o material foi o acrílico, com dados obtidos nos experimentos anteriores anexos nas tabelas foram efetuados cálculos para determinação da tabela.
3.0 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para dar início ao experimento, mediu-se toda dimensão interna da bancada (1,20 m), em canal aberto para obter valores de área e volume. Em seguida, iniciou-se os ensaios conforme a ordem abaixo:
3.1 Método Flutuador 
a) Primeiramente ligou-se a bomba com o registro fechado, em seguida o fluido elevou-se a altura de 100 mm, para padronizar as medições.
b) Esperou-se as ondas de água se estabilizar, após essa estabilização, colou-se sobre a superfície de água o flutuador (boia de isopor).
c) Mediu-se o tempo de partida até o ponto de chegada da boia, conforme tabela anexa neste relatório, posteriormente mediu-se a altura da coluna de água.
d) Foram realizadas 5 repetições deste procedimento. 
3.2 Método Vertedor
3.2.1 Vertedor retangular
a) Mediu-se as dimensões do vertedor, em seguida ligou-se a bomba com o registro fechado.
b) Elevou-se o fluido a altura de 0,20m a 0,26m, para comparar as vazões. Após estabilização da água, ligou-se o cronômetro, mediu-se o tempo que a água atingiu o limite do vertedor, logo em seguida mediu-se a coluna de água.
c) Os valores encontram-se descritos na tabela 02, e foram utilizados para determinação das vazões e comparação com os outros métodos.
3.2.2 Vertedor triangular
a) Medir as dimensões do vertedor, em seguida ligou-se a bomba com o registro e água fechado.
b) Elevou-se o fluido de 0,20 m a 0,26 m esperou-se a se água estabilizar. Anotou-se o tempo que o fluido atingiu o limite do vertedor, para verificar a condição da vazão.
c) O procedimento foi realizado 5 vezes para cada vertedor, para cálculo das vazões.
d) Os dados coletados encontram-se anexo na tabela 3 deste relatório
3.3 Cálculo da rugosidade com inclinação de 1° e 2°
Para cada ângulo: 
a) Ajustou-se na inclinação desejada, ligou-se a bomba até elevar-se em um certa altura.
b) Aguardou-se o fluido estabilizar, foi colocado sobre a superfície de água o flutuador.
c) Mediu-se o tempo com cronometro até o ponto de chegada da boia.
d) O procedimento foi realizado 5 vezes para
cada inclinação, possibilitando o cálculo da velocidade, raio hidráulico, rugosidade do material (acrílico).
4. RESULTADOS
4.1 Método do flutuador
Tabela 01 – Dados obtidos do experimento do cálculo de vazão pelo método flutuador
	Procedimento
	(m)
	 (s)
	H (cm)
	V(m/s)
	(m/s)
	Q(Ls)
	1
	1,00 m
	3,52 s
	5,40 cm
	0,28 
	0,24 
	1,94 
	2
	1,00 m
	3,90 s
	5,40 cm
	0,26 
	0,22 
	1,78 
	3
	1,00 m
	3,51 s
	5,30 cm
	0,28 
	0,24 
	1,94 
	4
	1,00 m
	3,73 s
	5,50 cm
	0,27 
	0,23 
	1,86 
	5
	1,00 m
	3,70 s
	5,40 cm
	0,27
	0,23 
	1,86 
Equações utilizadas nos cálculos:
 			 			
Cálculos das velocidades:
; 
; 
; 
; 
; 
Cálculos das vazões:
=
=
=
=
=
4.2 Método do vertedor retangular
Tabela 02-Dados obtidos do experimento para cálculo de vazão pelo método vertedor retangular
	Procedimento
	(s)
	H (cm)
	L (cm)
	Q (L/s)
	 (m/s)
	1
	2,81 s
	5,4 cm
	9 cm
	2,08 
	1,67 
	2
	2,55 s
	5,3 cm
	9 cm
	2,02 
	1,84 
	3
	2,58 s
	5,3 cm
	9 cm
	2,02 
	1,82 
	4
	2,74 s
	5,2 cm
	9 cm
	1,96 
	1,71 
	5
	2,65 s
	5,2 cm
	9 cm
	1,96 
	1,77 
Equações utilizadas nos cálculos:
 			
Cálculos das vazões:
Em seguida foram calculadas as vazões pela fórmula , observando se pelos dois métodos chegamos a resultados próximos.
Sendo: 
4.3 Método do vertedor triangular
Tabela 03 – Dados obtidos do experimento para cálculo de vazão pelo método vertedor triangular
	Procedimento 
	 (s)
	(m)
	H(cm)
	Q (L/s)
	 (L/s)
	1
	3,29 s
	0,04 m
	5 cm
	0,78 
	1,43 L/s
	2
	3,19 s
	0,04 m
	5 cm
	0,78 
	1,47 
	3
	3,28 s
	0,04 m
	5 cm
	0,78 
	1,43 
	4
	3,10 s
	0,04 m
	5 cm
	0,78 
	1,51 
	5
	3,23 s
	0,04 m
	5 cm
	0,78 
	1,45 
Equações utilizadas nos cálculos:
 				 
Cálculos das vazões:
As vazões serão iguais, pois limitamos a altura de água (H) em 5 cm. Em seguida foram calculadas as vazões pela fórmula , observando se pelos dois métodos chegamos a resultados próximos.
Sendo: 
5.0 CÁLCULO DA RUGOSIDADE DO MATERIAL ()
5.1 Cálculo da rugosidade para inclinação 1º
Tabela 4 – Dados obtidos da rugosidade do material com inclinação 1°
	Procedimento 
	(s)
	 (m)
	H (cm)
	 (m)
	 (m/s)
	
	1
	3,11 s
	1,00 m
	4,80 cm
	0,03 m
	0,32 m/s
	0,05
	2
	3,10 s
	1,00 m
	4,70 cm
	0,03 m
	0,32 m/s
	0,05
	3
	3,21 s
	1,00 m
	4,60 cm
	0,03 m
	0,31 m/s
	0,05
	4
	3,14 s
	1,00 m
	4,70 cm
	0,03 m
	0,32 m/s
	0,05
	5
	3,15 s
	1,00 m
	4,80 cm
	0,03 m
	0,32 m/s
	0,05
Equações utilizadas nos cálculos:
Cálculos das velocidades para i = 1°:
; 
; 
; 
; 
; 
Cálculos dos raios hidráulicos para inclinação = 1°
Cálculos das rugosidades para i = 1°:
5.2 Cálculo da rugosidade para inclinação 2º
Tabela 5 – Dados obtidos para rugosidade do material com inclinação 2º
	Procedimento
	 (s)
	 (m)
	H (cm)
	 (m)
	 (m/s)
	
	1
	1,03 s
	1,00 m
	1,70 cm
	0,01 m
	0,97 m/s
	0,01
	2
	0,95 s
	1,00 m
	1,90 cm
	0,01 m
	1,05 m/s
	0,01
	3
	1,03 s
	1,00 m
	1,80 cm
	0,01 m
	0,97 m/s
	0,01
	4
	1,02 s
	1,00 m
	1,50 cm
	0,01 m
	0,98 m/s
	0,01
	5
	0,98 s
	1,00 m
	1,70 cm
	0,01 m
	1,02 m/s
	0,01
; tg1°= i ; i = 0,017 			; tg1°= i; i= 0,035
Cálculos das velocidades para inclinação = 2°:
; 
; 
; 
; 
; 
Cálculos dos raios hidráulicos para inclinação = 2°
Cálculos das rugosidades para i = 2°:
5. DISCUSSÃO
No experimento 1, método flutuador, pôde-se observar uma diferença das vazões, variando de 1,94 l/s a 1,78 l/s, isso nos permite avaliar que este método não é tão preciso, levando em consideração alguns fatores que podem ter influenciado nesta diferença como rugosidade do material, diferença da coluna de água, pois quanto maior coluna de agua, menor será a velocidade, enfrentando perda de carga ao longo conduto. 
Contudo nos experimentos realizados com vertedouros, tanto o retangular quanto o triangular a diferença das vazões consideradas foram satisfatórias, visto que, neste experimento verificou-se uma maior precisão das medições. Onde no vertedouro retangular a velocidade de escoamento permaneceram constante.
Analisando os resultados obtidos na determinação das vazões, observou-se que no cálculo da vazão pelo método do flutuador em comparação com vertedor, pôde-se concluir que o método mais apropriado para cálculo de vazões, de maneira prática será o vertedouro.
No experimento 3, analisando-se a natureza das paredes, ou seja a rugosidade do material e fazendo um comparativo das medições das inclinações 1º e 2º, observou-se que na inclinação de 2º a rugosidade apresentou um diferença de 40% maior, que a inclinação 1º. 
6. CONCLUSÃO
Na realização de experimentos, percebe-se que o gerenciamento dos recursos hídricos é uma peça de fundamental importância. Pois os dados relativos de uma determinada vazão pode ser obtido por meio de diversas técnicas, métodos e equipamentos, com diferentes aplicações e limitações. 
Este trabalho permitiu avaliar que há diversos parâmetros que devemos determinar de acordo com o método aplicado, possibilitando cálculos de determinada vazão.
Nos experimentos realizados em laboratório observou-se uma diferença na vazão, de acordo com método empregado. Levando em consideração algumas grandezas como a velocidade e a rugosidade material.
A medição por vertedouros é indispensável na área de projetos de barragens (canais construídos artificialmente), permitem conduzir a agua de forma mais segura por meio de uma barreira. E no método de rugosidade analisamos que nela há o raio hidráulico e declividade, pois estes definiram a capacidade de um canal aberto conduzindo a água em diferentes tipos de estágios. Um exemplo temos os canais de fundo muito irregular frequentemente requerem maior área, que canais lisos para a mesma vazão.
Desta forma pôde-se concluir que os resultados obtidos nos experimento servem de base para cálculos de vazão, de maneira simples, mas que podem haver discrepância entre valores das medidas, devidos a fatores relacionados a rugosidade do material e interpretação errada dos dados obtidos, e que na prática alguns métodos podem não ser apropriados de acordo com situação.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] Fernandez & Fernandez, Miguel. Araujo, Roberto, Ito, Acásio Eiji. Manual de Hidráulica Azevedo Netto. Editora Edgard Blücher Ltda, 1998
[2] https://www.agro.ufg.br/up/68/o/2.1.Hidrometria.Condutos livres
[3] https://www.agro.unitau.br/caieiras/arquivos/medida_doc.doc