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Descrição

Os condutos livres, se caracterizam por possuírem uma superfície do fluído que escoa livre para a atmosfera, também sendo conhecido como, escoamento em condutos livres, escoamento em canal aberto, escoamento em canal hidráulico ou calha de escoamento.

Diversos são os cursos de engenharia, que se dedicam ao estudo do escoamento em condutos livres, sejam eles naturais ou estruturas feitas pelo homem, como canais de drenagem pluvial, canais de irrigação, calhas, canaletas, pois para o sua concepção e construção é necessário que uma série de conceitos e fundamentos de hidráulica sejam aplicados para o êxito dos projetos.

O desenvolvimento de atividades práticas, fundamentadas nos conceitos teóricos, contribuem no processo de aprendizagem dos estudantes, qualificando ainda mais os futuros profissionais que irão atuar na área da engenharia.

O equipamento, permite a realização de inúmeras práticas demonstrativas, pois possui elementos e estruturas necessários para produzir variadas condições de escoamento sendo um importante recurso didático para a realização das atividades de ensino na área de hidráulica.

Características

O equipamento é constituído por uma estrutura tipo bancada com tampo em aço, pintura anticorrosiva e rodízios com trava para facilitar sua movimentação. A estrutura da bancada didática serve de suporte ao sistema de fornecimento de fluxo, ao quadro de comando elétrico, ao canal hidráulico e demais componentes.

O sistema de fornecimento de fluxo da bancada, é composto por reservatório de fluido em aço inox com tampa em acrílico, motobomba centrífuga com rotor e carcaça resistentes a corrosão em aço inox, tubulação, válvula para regulagem do fluxo e medidor de vazão por diferencial de pressão do tipo placa de orifício.

O quadro de comando elétrico do equipamento está em uma posição de fácil acesso, tem sua alimentação realizada por meio de um cabo multipolar com plug industrial. No quadro de comando estão instalados os dispositivos de segurança conforme normas relacionadas contendo botão liga/desliga, chave de emergência com trava, chave geral, contatora, relé térmico e disjuntor diferencial residual.

O canal é construído em acrílico transparente, possui uma seção transversal de 100mm de largura por 300mm de altura, faces laterais internas lisas para não causar perturbações pontuais no fluxo, pontos para tomada de pressão da face inferior. Os pontos de tomada de pressão podem ser ligados por meio de mangueira a um piezômetro ou manômetro.

Nas extremidades do canal existem caixas confeccionadas em acrílico transparente. Uma destinada receber o fluido do sistema fornecimento de fluxo, diminuir sua turbulência e direcioná-lo ao canal (caixa adutora). Esta caixa possui em seu interior um dispositivo com a finalidade de diminuir a agitação do fluido que entra no canal durante as atividades de estudo. A caixa colocada no final do canal (caixa coletora), coleta o fluido proveniente deste e o direciona ao reservatório de fluido do sistema fornecimento de fluxo. No interior desta há um mecanismo que possibilita alterar a secção pela qual fluido deve atravessar para retornar ao reservatório inferior possibilitando a realização de demonstrações relacionadas a essas condições de fluxo.

O canal hidráulico está fixo a uma estrutura horizontal em aço. Essa estrutura permite inclinar longitudinalmente o canal obtendo tanto inclinações ascendentes como descendentes ao sentido do fluxo.

A inclinação do canal é indicada em um medidor de inclinação digital o qual permite fácil visualização durante as alterações realizadas.

Acompanham o equipamento um conjunto de estruturas, destinadas a produzir no ambiente de laboratório o que ocorrem no cotidiano. Estas estruturas são utilizadas para a medição de vazão e produzir diferentes tipos de escoamentos, permitindo que sejam realizadas as abordagens relacionadas conforme a classificação do movimento.

A fixação de acessório para realização dos estudos é feita por meio de manípulos na borda superior do canal e ventosas posicionadas de maneira a não provocar alterações nas características do deslocamento do fluído.

O manômetro de coluna de fluido e duplo piezômetro (LM 13) que acompanha o equipamento possui estrutura em aço com pintura anticorrosiva, dimensões de 425mm x 250mm x 2000mm (L x P x H), tubos de vidro, suportes em acrílico, válvulas de abertura e fechamento e conexões rápidas para mangueira.

O equipamento MF12 – Estudo do Escoamento em Condutos Livres agrega os elementos necessários para produzir variadas condições de escoamento, sendo possível alterar a inclinação do fundo do canal, a vazão e altura hidráulica. Utiliza variados acessórios permitindo a observação das características do escoamento e sua classificação.

Especificações técnicas:

  • Dimensões do equipamento: 4360mm x 750mm x 1700mm (LxPxH);
  • Canal hidráulico: seção retangular com 3000mm x 100mm x 300mm (LxPxH);
  • Capacidade do reservatório de inox: 280 litros;
  • Rotor da bomba: aço inox;
  • Vazão máxima da bomba: 14,5 m³/h a 24 mca;
  • Pressão máxima: 51 mca;
  • Quadro de comando conforme NR12;
  • Medidor de vazão: tipo placa de orifício;
  • Ajuste de inclinação do canal: sistema mecânico;
  • Determinação da inclinação: Medidor de inclinação digital;
  • Estrutura do equipamento confeccionada em aço;
  • Material do canal: acrílico transparente;
  • Manual do equipamento e roteiros para realização das práticas;
  • Acessórios:
    • Limnímetro, para medida do nível da superfície líquida;
    • Tubo de Pitot com tomadas de pressão para piezômetro;
    • Vertedor de parede delgada;
    • Vertedor de parede delgada com contratação lateral;
    • Vertedor de parede expressa, (ou ressalto de fundo);
    • Mangueiras de poliuretano para ligação das tomadas de pressão ao manômetro;
    • Comporta de fundo;
    • Medidor de inclinação digital.
  • Opcionais:
    • LM 13– Manômetro de Coluna de fluido e duplo piezômetro.

Aplicações

O equipamento MF12 – Estudo do Escoamento em Condutos Livres, destina-se realização de demonstrações práticas, sobre as abordagens teóricas pertinentes a mecânica dos fluidos. Essa bancada didática permite a realização de atividades práticas de apoio, as abordagens teóricas relacionadas a:

  1. Elementos geométricos de um canal;
  2. Demonstração das características do escoamento em canais abertos;
  3. Demonstração do escoamento permanente uniforme em canais;
  4. Demonstração do escoamento permanente variado gradualmente acelerado e retardado em canais;
  5. Demonstração do escoamento em um canal com diferentes vazões;
  6. Demonstração da influência da inclinação do fundo canal no escoamento;
  7. O perfil de velocidade no escoamento em um canal;
  8. Determinação da profundidade crítica no escoamento de um canal;
  9. Determinação do número de Froud;
  10. Energia especifica: altura crítica;
  11. Escoamento subcrítico em canais;
  12. Escoamento supercrítico em canais;
  13. Estudo do remanso e do ressalto hidráulico em canais;
  14. Medição de vazão com utilização de vertedor de parede espessa;
  15. Medição de vazão com utilização de vertedor de parede delgada;
  16. Medição de vazão com utilização de vertedor de parede delgada com contração lateral;
  17. Determinação de vazão com uso da placa de orifício;
  18. Determinação da velocidade com uso do tubo de Pitot;
  19. Medição de pressão diferencial com manômetro de coluna de fluido.