CARACTERIZAÇÃO DE ESCOAMENTO EM CANAL DE BANCADA

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Química Tecnológica

Autores

Albuquerque Morais, R. (CCET-UEG) ; Lizandra Fonseca Mendonça, T. (CCET-UEG) ; Gomes dos Santos, P. (CCET-UEG) ; Lorene de Souza, E. (CCET-UEG) ; Cintra Morais, C. (CCET-UEG) ; Silva da Costa, O. (CCET-UEG)

Resumo

O escoamento em canaleta de bancada foi caracterizado por um grupo de parâmetros hidráulicos, visando integrar teoria e prática nas aulas de Mecânica dos Fluidos do curso de Química Industrial/CCET/UEG, Anápolis-GO. O escoamento foi desenvolvido na calha da bancada do Laboratório de Físico- Química, onde uma das extremidades foi vedada e a outra permaneceu aberta com jato d´água direcionado para a cuba. Após o estabelecimento do regime estacionário, foram medidos 15 parâmetros, sendo o escoamento classificado como turbulento (Re = 734,75), com regime da superfície livre torrencial supercrítico, indicando ressalto hidráulico. A comparação das vazões volumétrica (Qvol. = 66,69 cm3.s-1) e colorimétrica (Qcolor. = 66,72 cm3.s- 1) apresentou um erro relativo de 0,05 %.

Palavras chaves

Vazão; Número de Reynolds; Número de Froud

Introdução

O transporte de água no escoamento superficial é uma das fases do ciclo hidrológico que pode ser caracterizado por diferentes parâmetros hidráulicos, cujas medições são empregadas no aproveitamento da água superficial em seus diversos usos (navegação, irrigação, identificação da capacidade de córregos e rios para abastecimento industrial e público, etc) e à proteção contra os fenômenos provocados pelo seu deslocamento (erosão do solo, previsão de cheia e inundação, etc) (BARBOSA JR, 2015; RIOS et al., 2011). Sendo a vazão (Q), o principal parâmetro de medição, estudada na Mecânica dos Fluidos, representa o volume de água que passa por uma determinada seção transversal ao escoamento por unidade de tempo. A vazão ou descarga superficial depende da extensão, profundidade e largura do canal, podendo ser definida também como o produto entre a velocidade do escoamento e a área da seção transversal (CARVALHO, 2008). Uma técnica de medição de vazão que continua sendo pouco utilizada é a colorimétrica, que consiste na injeção de um traçador líquido colorido, numa seção a montante, sendo determinada a concentração das amostras de água coletada, numa seção a jusante, por meio de um espectrofotômetro. Este trabalho teve por objetivo, caracterizar o escoamento de água em canaleta de bancada por meio de um conjunto de parâmetros hidráulicos, visando integrar teoria e prática nas aulas de Mecânica dos Fluidos do curso de Química Industrial, Câmpus Henrique Santillo, de Ciências Exatas e Tecnológicas (CCET), da Universidade Estadual de Goiás (UEG), em Anápolis - GO.

Material e métodos

O escoamento foi desenvolvido na canaleta da bancada de experimentos do Laboratório de Físico-Química do CCET/UEG, onde uma das extremidades foi vedada e a outra permaneceu aberta com queda d´água direcionada para a cuba. Nesta ponta, fez-se um prolongamento do canal, na finalidade de desprender o jato d´água da parede da cuba. Na extremidade fechada (seção de montante) foi adaptada uma mangueira para o fornecimento de água corrente. Na ponta aberta (seção de jusante), foi o local de medição da vazão pela técnica volumétrica e coleta das amostras de água. As seguintes grandezas foram medidas: 1)temperatura da água, com um termômetro; 2)comprimento total do canal, com trena; 3)larguras internas da seção transversal do canal, com trena; 4)altura do nível d´água, com paquímetro e 5)vazão volumétrica, por meio de uma proveta e um cronômetro. Para que, em seguida, fossem estimados tais parâmetros: a)viscosidade cinemática da água; b)velocidade do escoamento; c)número de Reynolds; d)número de Froude; e e)vazão do escoamento. A estimativa da vazão consistiu na injeção de solução concentrada de anilina azul para alimentos na seção de montante do canal. No instante da injeção do corante, o cronômetro foi acionado e iniciou-se a coleta das amostras. Tais amostras foram encaminhadas para o Laboratório de Análises Instrumental do CCET/UEG, onde construiu-se a curva de varredura para determinação do comprimento de onda em espectrofotômetro UV-visível da marca Perkin Elmer, modelo Lambda 25. Os valores de absorbância foram dispostos em função do tempo para identificação de máxima absorbância, que corresponde ao tempo de viagem do centro de massa da pluma de corante ao longo do canal. Posteriormente, estimou-se a velocidade média do escoamento e a vazão pelo método colorimétrico.

Resultado e discussão

A Tabela 1 apresenta os parâmetros característicos do escoamento, em que se destacam os seguintes aspectos: 1) o número de Reynolds (Re = 734,75) classificou o escoamento como turbulento; 2) o número de Froude (Fr = 6,74) mostrou que o fluxo na superfície livre foi torrencial, com regime supercrítico com fenômeno de ressalto hidráulico; 3) o tempo de viagem da pluma para percorrer uma distância de 1,48 m equivaleu a 10,28 segundos; 4) as determinações de vazões pelos métodos volumétricos (Qvol.) e colorimétrico (Qcolor.) foram 66,69 cm3.s-1 e 66,72 cm3.s-1, respectivamente, com erro relativo de apenas 0,05 %. Comparando o erro relativo entre os valores de vazão obtidos por Lobo (2011) em ensaios de escoamento nas seguintes condições: canal de vidro, com seção transversal retangular, escoamento turbulento (Re = 1188), injeção de solução corante azul INS 133 e comprimento percorrido pela pluma igual a 0,90 m, vazões (Qvol. = 74,60 cm3.s-1 e Qcolor. = 72,47 cm3.s-1) e erro relativo igual a 2,86 %. Observa-se que, a redução do erro relativo neste trabalho possivelmente se deve a maior distância percorrida pela pluma de corante, possibilitando uma mistura completa das partículas da anilina azul, associada à advecção, difusão turbulenta e dispersão da transferência de massa.

Conclusões

A caracterização de um escoamento por um conjunto de parâmetros, desenvolvido em uma canaleta de bancada de experimentos de laboratório, pode ser realizada em uma aula prática integrada à teoria de Mecânica dos Fluidos. Realizando-se diferentes medições de parâmetros hidráulicos, com destaque à determinação de vazão por meio de dois métodos (volumétrico e colorimétrico), com consequente avaliação comparativa entre esses métodos; bem como, classificação do escoamento pelos cálculos dos números adimensionais de Reynolds e de Froude.

Agradecimentos

Referências

BARBOSA JR, A. Elementos de hidrologia aplicada: escoamento superficial. Ouro Preto, 2015. (Apostila).

CARVALHO, T. M. Técnicas de medição de vazão por meios convencionais e não convencionais. Rev. Bras. Geogr. Física, v.1, n.1, mai/ago, 2008, p.73-85.

LOBO, B. J. M. Determinação da vazão por método colorimétrico em escoamentos laminares e turbulentos em escalada de bancada. Anápolis, 2011. 59f. Trabalho de conclusão (graduação em Química Industrial) - Câmpus de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Estadual de Goiás.

RIOS, F. P.; FORMIGA, K. T. M.; ALVES, P. L.; OLIVEIRA, V. T. Estudo comparativo entre métodos de medição de vazão em cursos d´água. In: XIX Simpósio Brasileiro de Recurso Hídricos, Simpósio, 2011.

STREETER, V. L., WYLIE, E. B. Mecânica dos fluidos. 7.ed., São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1980.