DESENVOLVIMENTO DE UM VERTEDOR PARA AULAS
DE MECÂNICA DOS FLUIDOS
Eduardo S, Prado 1,Pedro M.M. Silva1, Marcio Caroquer1,Jefferson R. Oliveira1, Juliano,S. Sampaio1,
José Carlos Ferreira2 [email protected]
1,2
Faculdade de Tecnologia de Sorocaba - Centro Paula Souza
1. Introdução
Vertedor é um dispositivo utilizado para medidas de
vazão em canais de escoamentos abertos pequenos
córregos e em barragens. As equações de estimativas de
vazão do vertedor precisam de um coeficiente de
descarga
Cd,
que
deve
ser
determinado
experimentalmente. Uma dificuldade encontrada na
construção de vertedor retangular é a altura da soleira
relativa a altura do canal, visto que um vertedor fica
sujeito a assoreamento do fundo do canal [3] e em caso
de grandes vazões a água, sai fora do canal, produzindo
erros e inviabilizando as medidas. O objetivo deste
trabalho foi desenvolver e calibrar um vertedor
retangular de soleira delgada, para estudos em aulas de
mecânica dos fluidos. As principais inovações foram; o
novo sistema de vedação do vertedor junto às paredes
do canal e o rebaixamento da soleira em relação à altura
do canal para evitar extravasamento da água fora do
canal.
Tabela 2. Estimativas das vazões com as sete equações.
(1)
Q = 2/3 Cd 2 g (L – 0,1nH) H1,5
(1)
Onde, Q é a vazão conhecida, Cd é o coeficiente de
descarga a ser determinado, L a largura da soleira, H a
carga hidráulica acima da crista do vertedor e n=2
contrações. Para validar o valor médio do Cd obtido,
foram calculadas as vazões e comparadas com os
resultados obtidos em 7 equações diferentes conhecidas
na literatura pertinente [1], [2],[3] e[4].
3. Análise dos Resultados
A tabela 1 mostra os valores estimados para Cd em 10
valores de carga hidráulica (H) e os cálculos das vazões
com as 7 equações estão apresentados na tabela 2. A
equação (1) foi usada na calibração!
Tabela 1. Coeficientes Cd estimados para 10 valores de H.
0.928
0,918
0.914
0.893
0.771
0,921
0,915
0.906
0.822
0759
Bazin
Francis
Francis2
USA
Rehboch
16,5
15,9
15,5
11,8
15,4
15,6
16,7
14,8
14,6
13,6
10,5
13,4
12,7
13,7
13,7
12,8
12,5
9,8
12,3
11,7
12,7
11,6
10,6
10,1
8,3
10,2
9,7
10,8
9,9
8,9
8,7
7,1
8,5
8,1
9,2
8,8
7,8
7.7
6,3
7,4
7,1
8,2
7,7
6,7
6.7
5,5
6,4
6,1
7,2
6,4
5,5
5,5
4,6
5,2
5,0
6,1
5,8
4,9
4,9
4.1
4.6
4.5
5,5
4,9
4,2
4,2
3.5
3.9
3,8
4,2
O gráfico abaixo mostra o comportamento do Cd em
função da carga hidráulica H em metros.
Variação do Cd em função da carga hidráulica H
0,95
2. Material e Métodos
0,9
0,85
Cd
O vertedor foi desenvolvido com chapa de latão de
6 mm de espessura e a soleira com 160 mm de largura
ficou com 168 mm de altura em relação ao fundo do
canal [2]. A base do vertedor foi soldada com oxiacetileno, recebendo um furo de 8 mm, para a fixação
ao fundo do anal, por meio de parafuso de latão. Devido
a soleira ser mais estreita que o canal, o vertedor foi
definido como contraído. Os ensaios foram realizados
no módulo experimental da Fatec-So, sendo realizados 3
ensaios de calibração, com 10 aberturas do registro
principal. A vazão média em cada abertura do registro
foi calculada para cada carga hidráulica conforme
recomendado em [1], [2] e [4]. A equação utilizada para
a calibração do vertedor foi:
Suiça
0,8
0,75
0,7
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,14
H(m)
Figura 1. Comportamento do Cd em função de H.
4. Conclusão
Os resultados mostraram que para valores abaixo da
velocidade de 1,85 m/s e da carga hidráulica de 0,08m,
o coeficiente Cd variou significativamente. Acima
desses valores, o valor médio do Cd ficou em torno de
0,875, com desvio padrão de 0,12 e coeficiente de
variação de 0,14%. Para valores acima de 0,08m o
desvio padrão é 0,02, o que recomenda usar o Cd médio
para valores de H acima de 0,08m.
5. Referências
[1]A. Mattos; S. M. Villela - Hidrologia Aplicada,
Editora McGraw-Hill do Brasil, 245p., 1979.
[2] F.A.A. Bastos - Problemas de Mecânica dos Fluídos,
Editora Guanabara Koogan, 483p, 1983.
[3]G. J. Delmée - Manual de Medição de Vazão, 2a
Edição, Editora Edgard Blücher Ltda, 476p. 1995.
[4]R. V. Giles - Mecânica dos Fluidos e Hidráulica,
Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda, 40lp., 1975.
___________________
1
Alunos regulares de graduação e 2Prof. Dr. do Curso de
Projetos de Fabricação Mecânica da FATEC-SO.