lab 4 hidráulica

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UNIFEI - UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
 
 
 
 
 
 GUSTAVO TAYT SON ROLAS DOS SANTOS 
NÚMERO: 2019000395 
JÉSSICA RIBEIRO JOAQUIM 
NÚMERO: 2018016040 
RAFAEL MARTINS FURTADO 
2016017700 
 
 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO 4 DE HIDRÁULICA - ANÁLISE DO PERFIL DE VELOCIDADES E 
CÁLCULO DO REGIME DE ESCOAMENTO EM UM CANAL ARTIFICIAL 
 
 
 
 
 
 
 
Data da realização do ensaio: 04/11/2020 
Data de entrega do relatório: 18/11/2020 
 
 
 
 
Itajubá, novembro de 2020 
 
 
1. Objetivo 
Determinação do perfil de velocidades em um canal artificial, cálculo de parâmetros hidráulicos e 
do regime de escoamento. Podendo assim, comparar a vazão obtida a partir do perfil com a 
calculada por Venturi. 
 
2. DESCRIÇÃO E FOTOS DA BANCADA 
 
​Em hidráulica, canais podem ser definidos como valas naturais ou artificiais destinados a 
passagem de água. Estes quando artificiais podem ainda ser revestidos ou não de um material que 
lhe dê sustentação, fator que altera suas características físicas, tais como velocidade, raios 
hidráulico, vazão e perda de carga linear. A medição de vazão em cursos d’água é realizada, 
normalmente, de forma indireta, a partir da medição de velocidade ou de nível. Os instrumentos 
mais comuns para medição de velocidade de água em rios são os molinetes, que são pequenos 
hélices que giram impulsionados pela passagem da água. Em situações de medições expeditas, ou 
de grande carência de recursos, as medições de velocidade podem ser feitas utilizando flutuadores, 
com resultados muito menos precisos. 
Os molinetes são instrumentos projetados para girar em velocidades diferentes de acordo 
com a velocidade da água. A relação entre velocidade da água e velocidade de rotação do molinete 
é a equação do molinete. Esta equação é fornecida pelo fabricante do molinete, porém deve ser 
verificada periodicamente, porque pode ser alterada pelo desgaste das peças. A velocidade da 
água é, normalmente, maior no centro de um rio do que junto às margens. Da mesma forma, a 
velocidade é mais baixa junto ao fundo do rio do que junto à superfície. 
Em função desta variação da velocidade nos diferentes pontos da seção transversal, utilizar 
apenas uma medição de velocidade pode resultar em uma estimativa errada da velocidade média. 
Por exemplo, a velocidade medida junto à margem é inferior à velocidade média e a velocidade 
medida junto à superfície, no centro da seção, é superior à velocidade média. Para obter uma boa 
estimativa da velocidade média é necessário medir em várias verticais, e em vários pontos ao 
longo das verticais. 
Primeiramente o ensaio foi realizado em um canal artificial, conforme a figura 1 abaixo. Foram 
utilizados alguns materiais para fazer a análise do perfil de velocidade, o molinete e os 
manômetros do tubo de venturi. 
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De acordo com as figuras 1, 2 e 3 a seguir , a descrição do experimento consiste na análise 
do perfil de velocidade através do canal artificial, e do uso do micromolinete e tubo de Venturi um 
dos instrumentos utilizados. 
 
 ​ ​ Figura 1​ : Canal artificial 
 
 
 Figura 2​ : Micromolinete 
 
 
 
 
 
Figura 3: ​Tubo de Venturi 
 
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3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
3.1. Materiais 
 
Os materiais utilizados na prática foram: 
● Molinete; 
● Cronômetro; 
● Venturi; 
● Trena; 
 
3.2. Metodologia 
 
​Para a realização do experimento, foi necessário, que se conhecesse as dimensões geométricas do canal. 
Portanto, o molinete foi montado e em seguida ligou-se a bomba no qual esta foi ajustada para a rotação 
necessária por meio da abertura de uma válvula e assim verificou-se o nível de água no canal sendo este de 
674 cm acima do fundo. As medições foram feitas a fim de que se conhecesse as dimensões geométricas do 
canal, a largura do canal encontrada foi de 50 cm e a largura do vertedouro foi de 52 cm. 
Posteriormente, o molinete foi submergido na água a fim de que se realizasse a primeira medida. As 
medidas dentro do canal foram realizadas em 3 horizontais e 6 verticais. O tempo de medição foi ajustado 
no contador para retornar a cada 30 segundos com os dados de rotação, sendo que para cada ponto medido 
durante o procedimento experimental realizou-se outras três medições. Os dados utilizados durante o 
procedimento experimental consistem na média das medidas. 
É importante destacar ainda que a vazão foi controlada para que fosse constante durante todo o 
experimento. O Δh do Venturi se manteve, portanto, constante durante toda realização do experimento. A 
vazão pode ser medida de duas formas, pelo perfil de velocidade através da integração do perfil de 
velocidade e através da equação do Venturi. 
 
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 ​ ​4. equações 
 
 Para a referida prática, fez-se uso das seguintes equações: 
 Velocidade média do escoamento: ​Foi baseada na equação do molinete. 
 Número de Froude: 
 Fr =​ ​(Fórmula 1) Vg · Hm√ 
Onde : 
V : velocidade; 
g: aceleração da gravidade e corresponde à 9,8 m/s​2​ ; 
H: altura vertical (0,72 m) 
 
Equação do molinete : 
 V ​= 0,02681652 + 0,2643411 N ​(Fórmula 2)· 
Tempo de aquisição : ​30 segundos 
Distâncias entre as verticais : ​x1 = 12,5cm x2 = 25 cm x3 = 37,5 cm 
 
 
 5. Valores lidos e calculados 
A partir do ensaio realizado, foram coletados os dados expressos nas tabelas a seguir: 
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Para a determinação da velocidade, inicialmente é necessário realizar algumas 
transformações nos dados. A primeira delas é passar o número de voltas para RPS (rotações por 
segundo), como realizado nas tabelas representadas abaixo para cada seção: 
 
 
 
 
 
Para a seção 1 (A1): 
 
Tabela 1: Seção 1 
A partir do cálculo da velocidade representados na tabela 1, extrapolamos o seguinte gráfico do 
perfil de velocidade: 
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Gráfico 1:​ Altura vertical 1 (m) x Velocidade (m/s) 
 
Para a seção (A2): 
 
Tabela 2: Seção 2. 
 
 
 
A partir do cálculo da velocidade representados na tabela 2, extrapolamos o seguinte gráfico do 
perfil de velocidade: 
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Gráfico 2:​ Altura vertical 1 (m) x Velocidade (m/s) 
 
Para a seção (A3):
 
Tabela 3: Seção 3. 
 
A partir do cálculo da velocidade representados na tabela 3, extrapolamos o seguinte gráfico do 
perfil de velocidade: 
 
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Gráfico 3:​ Altura vertical 1 (m) x Velocidade (m/s) 
 
 
A partir dos cálculos realizados nas tabelas foi possível fazer um esquema de grade de velocidades 
como mostra a figura 1, abaixo. 
 
 Figura 1 : ​Esquema da grade de velocidades 
 
 
 
 
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Com a construção dos gráficos de perfil de velocidade, conseguimos calcular a velocidade média 
de escoamento do fluido a partir do cálculo da área representada por cada gráfico por meio da 
integração. Sabemos que a integração é a soma dos n-ésimos retângulos abaixo da curva. Assim, 
estimando o valor dessa área (tabela 4), conseguimos efetuar o cálculo da vazão: 
 
Tabela 4:​ Área de cada seção 
 
Através do cálculo das áreas das verticais, conseguimos estimar o gráfico (4) abaixo que mostra a relação 
entre a Área de cada vertical e a sua distância xi: 
 
Gráfico 4:​ Curva área x distância xi. 
 
Por meio da integração da curva sobre o gráfico 4 foi possível encontrarmosa vazão total 
em . Dessa forma o valor da vazão encontrada foi de 0,072 Após a obtenção da vazão,/sm3 /s.m3 
pode-se calcular a velocidade média do escoamento segundo a fórmula abaixo. 
 
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Vertical Área 
1 0,138 m² 
2 0,1675 m² 
3 0,233 m² 
 
 ​(Fórmula 2)médiaV = A
Q 
 
Onde A, é área da seção do canal e é dada pela multiplicação da profundidade vezes a 
largura do canal. Sendo assim a área do canal é dada por : 
 
, 2 , , 6 m A = 0 7 · 0 5 = 0 3 2 
 
Assim, tendo o valor da vazão e o valor da área da seção do canal obtém-se a velocidade 
média. Dessa forma, a velocidade média do escoamento foi de 0,2 m/s. 
Para calcularmos o número de Froude, utilizamos os seguintes dados: 
 
 
Tabela 5:​ Dados para calcular o número de froude 
 
E aplicamos na fórmula 1: 
 
 Fr =​ ​(Fórmula 1) V√g·Hm 
 
Obtendo o resultado igual a: 
 
 
Apenas para fins comparativos e sabendo que a diferença de pressão do venturi ( dehΔ 
venturi) é 0,99 m, pode-se calcular a vazão de venturi, segundo a fórmula abaixo. 
 
 ​(Fórmula 3), 83257Q = 0 0 · √Δhventuri 
Assim, encontra-se o valor do Qventuri (vazão do venturi) de 0,082 /s.m3 
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V média = 0,2 m/s 
g = 9,8 m/s² 
H = 0,72 m 
Fr = 0,075292 
 
 
6. Análise e conclusões 
 Analisando o valor do número de Froude obtido ​Fr = 0,075292 < 1, podemos concluir que 
o escoamento é subcrítico. 
Além disso, foi possível observar que o cálculo da vazão por meio do molinete é confiável, 
visto que o resultado da vazão de venturi (0,082 ) se apresentou muito próximo ao calculado /sm3 
pelo molinete (0,072 ). Sendo assim, o correto uso do molinete associado à medição de três /sm3 
valores de rotação para cada ponto definido foram, então, capazes de gerar um valor confiável e 
muito próximo do que era esperado. 
 
Referências Bibliográficas 
PORTO R. M.; HIDRÁULICA BÁSICA; 4°ed. São Carlos : EESC-USP, 2006. 
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