Relatorio 8 Vetedouro final (1)

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA CIVIL
EXPERIMENTO VIII: DETERMINAÇÃO DA VAZÃO NO VERTEDOURO RETANGULAR SEM CONTRAÇÃO E COM 2 CONTRAÇÕES
Alunos:
Assinaturas:
Rodrigo Susumu Santana Iwamoto 
Nicolas Barcelos Rabelo Belchior
Leticia Vilela da Silva 
João Luiz Gomes Souza 
Brenda Silva Cardoso
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Goiânia, abril de 2018.
Introdução
Os vertedouros podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um liquido escoa e que devem ser construídos em formatos geométricos definidos. Estes dispositivos são utilizados para controlar e/ou medir a vazão de escoamento por um canal. O estudo dos mesmos é realizado considerando-os como grandes orifícios sem borda superior. (Porto, 2006)
Os vertedouros podem ser classificados a partir de seu formato, por seu tipo de soleira e pela sua largura. Quando classificado quanto a sua forma temos dois tipos de vertedouros, os simples e os compostos. Vertedouros simples são os que apresentam formatos retangulares, trapezoidais ou triangulares e, os compostos são os que apresentam seções combinadas de duas ou mais formas geométricas. (Porto, 2006)
Levando em conta a classificação quanto ao tipo de soleira, temos dois tipos de vertedouros, os de soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada) e de soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolo/concreto). Por final, classificando em relação a sua largura obtemos três tipos de vertedouros sendo eles: vertedouro sem contração, vertedouro com uma contração lateral e vertedouro com duas contrações laterais. (Porto, 2006)
Figura 1 - Vertedouro Simples Retangular com duas Contrações laterais de Soleira Delgada
Formulação matemática 
A fórmula de Francis (1929) resultou de experiências realizadas em Lowell, no Estados Unidos, com vertedores retangulares de mesma largura que o canal, alturas dos vertedores de 0,60m a 1,50m, cargas variando de 0,18m a 0,48m, larguras do vertedor de 2,40 e 3,00. A fórmula de Francis é expressa por:
Onde: 
Q = vazão (m³/s)
	L = largura do vertedouro (m)
	H = altura do vertedouro (m)
Quando for necessário construir um vertedor com contrações laterais, deve-se fazer uma correção no valor de L da fórmula de Francis, que passa a ser denominado L’.
Para vertedouros com contração lateral, temos a seguinte equação:
Devemos adotar L’ como sendo uma largura fictícia, na qual apresenta a correção da largura real da soleira considerado o efeito de contração da veia de escoamento do fluido, sendo que:
Esta contração na veia de escoamento do fluido é esquematizada na figura abaixo, onde apresenta as seguintes situações: (a) vertedouro sem contração; (b) vertedouro com uma contração lateral; e (c) vertedouro com duas contrações.
Figura 2 - Escoamento do fluido em Vertedouro com contração 
Utilização de vertedouros 
Os vertedouros podem ser utilizados como caixa de nível em represa, sendo construído comumente em formato circular, em PCH (pequenas centrais hidrelétricas), em estações de tratamento de água e barragens.
Em barragens de acumulação (ou em aproveitamentos hidrelétricos), as grandes vazões passam pelas turbinas e os vertedores são utilizados para pequenas descargas.
Objetivo
O experimento tem como objetivo a determinação experimental da vazão no vertedouro retangular com contração e no vertedouro retangular sem contração.
Materiais e Métodos 
Materiais 
Módulo Experimental de Hidráulica; 
Quadro de pressões - Manômetro tipo “U”;
Vertedouro Retangular com duas contrações;
Vertedouro Retangular sem contração;
Tubo Diafragma;
Régua.
Métodos
A metodologia aplicada neste experimento consiste nas seguintes etapas:
Utilizando o tubo diafragma, determinamos a vazão do fluido no sistema;
Utilizando o vertedouro retangular com duas contrações, determinamos a segunda vazão do sistema; 
Utilizando o vertedouro retangular sem contração, determinamos a terceira vazão do sistema;
Calculamos o erro apresentado pelas vazões em relação a vazão obtida através do tubo diafragma, considerando esta como sendo a vazão real do sistema.
O esquema do experimento realizado em laboratório é apresentado na figura abaixo:
Figura 3 – Esquema do experimento realizado em laboratório
Resultados e discussões 
	Apresentamos a seguir o detalhamento dos cálculos realizados para a determinar as vazões em cada situação: no tubo diafragma, no vertedouro sem contração e no vertedouro com contração.
Vazão no Tubo Diafragma: 
Observando a diferença de nível (Δh1) no manômetro diferencial tipo “U” acoplado ao tubo diafragma, e utilizando a equação para a vazão no tubo (Equação 1), podemos determinar a vazão no sistema.
	(Equação 1)
	O manômetro diferencial acoplado ao tubo diafragma apresentou uma diferença de nível de Δh1 = 3,1 cm. Utilizando a equação 1 e os dados fornecidos para as condições específicas do experimento, obtemos a seguinte vazão:
Vazão no Vertedouro com duas contrações:
	Utilizando a equação de Francis, determinamos a vazão no vertedouro com duas contrações. A figura abaixo representa o experimento realizado no laboratório:
Figura 4 - Vazão no vertedouro com duas contrações laterais
	A vazão no vertedouro com contração e obtida através da equação de Francis, considerando as contrações, devemos adotar que a largura L da seção de escoamento do fluido e dada por:
Obtemos através do experimento a altura de carga H = 5.5 cm e L = 15.9 cm. Sendo assim:
Vazão no Vertedouro sem contração: 
	No vertedouro sem contrações aplicamos também a equação de Francis. A situação é apresentada na figura abaixo:
 Vista Horizontal Seção Transversal
Figura 5 - Vazão no vertedouro sem contrações
Obtemos através do experimento a altura de carga H = 4.4 cm e L = 20.4 cm. Sendo assim:
Erro percentual em relação a Vazão real do sistema:
	O cálculo do erro percentual nos permite avaliar a confiabilidade do método utilizando o vertedouro retangular para determinar da vazão. Adotamos como sendo a vazão real do sistema a obtida através do tubo diafragma acoplado ao sistema. Sendo assim, podemos comparar com a vazão obtida utilizando o vertedouro. 
O :erro percentual é calculado através da seguinte equação:
Erro percentual entre a vazão real e a vazão do vertedouro com duas contrações:
Erro percentual entre a vazão real e a vazão do vertedouro sem contração:
Conclusão
	Após realizar o experimento, pudemos observar um erro percentual elevado, superior ao admissível de 5%. Este erro pode ser atribuído ao fato de que as comportas dos vertedouros não apresentava total isolamento, ou seja, deixando vazar uma grande quantidade de agua pelas frestas laterais da parede de contenção, esta vazão não considerada nos cálculos acarreta uma grande perda na vazão obtida através da equação de Francis. A falta de precisão em aferir os dados pode também interferir e colaborar para o aumento do erro percentual, devido as condições do experimento, onde os dados são expressos em milímetro. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GUIMARÃES, S. R, LUÍSA. Estudo Sobre o Comportamento Hidráulico de Vertedouros. UFPR
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10719: apresentação de relatórios técnico-científicos. Rio de Janeiro, 1989. 9 p.
PIMENTA, C.F. Curso de Hidráulica Geral. 3ª ed., São Paulo, 1977.
PORTO, R. M. Hidráulica Básica. 4 ed. São Carlos: Publicação Escola de Engenharia de São Carlos - EESC-USP, 2006.