Relatório hidráulico

Energia Específica

A. Rodrigues; E. Katryne; K. Motta; M. Maia; S. Almeida.
Centro das Ciências Exatas e das Tecnologias –  Universidade Federal do Oeste da Bahia

Campus Reitor Edgard Santos – Rua Bertioga, 892 – Morada Nobre I – 47810-059 -  Barreiras-BA 
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Resumo. Este experimento laboratorial estudou e analisou o comportamento da energia específica em um canal artificial.

Palavras chave: água, vazão, energia.

Introdução [1]

A energia específica é a quantidade de carga que está à disposição dentro de uma seção, pegando como plano de orientação o fundo do canal naquela seção. Esta noção é surpreendentemente significativa a fim de entender os escoamentos através das características dos canais, como modificações da cota de fundo, alargamento e estreitamento.

Logo, a energia específica acerca de uma seção do canal é a soma do nível d’água com a carga cinética. Por isso, considerando uma dada seção do canal e uma dada vazão, a energia específica é função apenas da geometria e especificamente da profundidade da água.  

Para compreendermos melhor esta teoria desenvolveu-se na Universidade Federal do Oeste da Bahia um experimento que tem por objetivo analisar a energia específica em um canal artificial localizado no laboratório de hidráulica.

Materiais e Métodos

01 bomba geradora de vazão;

01 canal artificial;

01 degrau;

01 régua graduada;

01 vertedouro;

Água.

Primeiramente houve uma breve explicação acerca do experimento que seria realizado, o professor esclareceu a teoria relacionada ao experimento, bem como o objetivo daquela pratica.

Para início do experimento ligou-se a bomba geradora de vazão , colocou-se o vertedouro no canal artificial, sendo as medidas do vertedouro já coletadas em um experimento anterior , mediu-se então a altura da coluna d’agua de y=0,199 m (figura 1), valor esse utilizado para cálculo da vazão do canal posteriormente.

Sem alterar a vazão da agua retirou-se o vertedouro e adicionou-se um degrau no meio do canal (figura 2 e 3), a inserção do mesmo  não provocou perda de energia, porem ocasionou-se em um acúmulo de agua  no início do canal (antes do degrau) , no qual agua escoou-se  lentamente com uma maior profundidade, denominou-se essa seção do canal de seção 1; após o degrau, o nível da agua diminui-o, ficando raso, e agua escoou-se  rapidamente, denominou-se então essa área de seção 2; em cima do degrau , no qual estava localizado o ponto crítico, denominou-se de seção 3,

Desta forma, mediu-se   a altura da coluna d’água de cada seção ,desligou-se o aparelho, e em seguida  dispensou-se a turma. Obteve-se os seguintes valores em cada seção:

Seção 1: 0,105 m

Seção 2: 0,033 m

Seção 3: 0,049 cm

[pic 2]

Figura 1/medição da altura  da coluna d´agua com a presença de um vertedouro no canal.

[pic 3]

Figura 2/Canal com a presença do degrau.

.

[pic 4]

Figura 3/Canal com a presença do degrau.

Referencial teórico

A maioria dos escoamentos que ocorrem em canais podem ser analisados fazendo-se uso do conceito do princípio da energia. A energia total em uma sessão do escoamento pode ser obtida pela equação (Porto, 2006):

[pic 5]

(1)

Sabemos que a vazão em um escoamento ideal pode ser obtido pela expressão:

[pic 6]

(2)

Substituindo a equação (3) na equação (2), considerado um canal retangular, temos:

[pic 7]

(3)

A vazão especifica é dado pela razão entre a vazão e a largura de topo:

[pic 8]

(4)

Logo, a energia total em termos da vazão especifica é dada por:

[pic 9]

(5)

Portanto, se mantermos constante a vazão e uma seção qualquer de um fluido em escoamento no canal, a energia especifica será função da geometria, principalmente da altura d’água (Porto, 2006).

Resultados e Discussão

Para início de discursão é necessário encontrar a vazão que está submetido o canal, sabendo que o vertedor é igual a 0,145 m. A partir da equação tem-se que:

[pic 10]

(6)

       [pic 11]

Para a segunda parte do experimento utilizando o degrau encontramos a área molhada a partir das medidas de altura para cada seção:

[pic 12]

Figura 4/Esquema de vazão do canal com presença de degrau.

Encontrando para cada seção a área molhada, sabendo que a largura do canal corresponde a 0,105m, a partir da equação: