Saltos Hidráulicos

NOTA: Este experimento usa uma bomba submersível relativamente poderosa. A bomba só deve ser conectada a uma tomada GFCI para minimizar os riscos elétricos. Certifique-se de que nenhum outro dispositivo alimentado a/C esteja operando perto do experimento.

1. Fabricação de instalações de fluxo de canais abertos e tanque (ver diagrama e fotografia, Fig. 3)

1. Corte de comprimentos de ~6,0 mm de espessura × folha de acrílico claro de 9,5 cm de largura com os seguintes comprimentos: 2×15 cm, 2×25 cm, 1×34 cm, 1×41 cm (Fig. 3a). Recomenda-se usar uma serra de mesa ou cortador a laser para garantir que as bordas sejam relativamente planas e que as folhas tenham espessura igual.
2. Corte furos nos cantos inferiores direito das duas folhas acrílicas de 60 × de 45 cm para montar o medidor de fluxo (Fig. 3a). Corte um orifício no lado superior direito da folha frontal para instalar a válvula de controle de fluxo.
3. Use cimento acrílico (por exemplo,SCIGRIP 16) para ligar os painéis acrílicos conforme indicado na Fig. 3a. Certifique-se de ventilação adequada e use luvas ao manusear o cimento acrílico. É útil aplicar cimento com uma seringa de agulha e usar fita adesiva para posicionar painéis durante a cura. Deixe o cimento curar por 24 a 48 horas.
4. Instale o medidor de fluxo no painel frontal e afixe com os parafusos fornecidos. Instale 1 NPT a 1/2 NPT reduzindo os encaixes nas portas de entrada e saída do medidor de fluxo. Instale 1/2 NPT a 0,5 in. adaptadores de encaixe farpados de diâmetro interno nesses encaixes.
5. Instale um 0,5 dentro. ID e 0,75 de dólar. Encaixe de farpado de ID na válvula do portão (controle da taxa de fluxo). Conecte o encaixe farpado à bomba submersível com um comprimento de tubo de ~20 cm para que a alça da válvula se a linha com o orifício no canto superior direito do gabinete acrílico (Fig. 3b-c).
6. Insira a bomba no reservatório inferior e instale a válvula para que a haste da válvula passe pelo orifício de montagem e a alça esteja fora do compartimento (Fig. 3c).
7. Insira um painel de acrílico vertical perto da porção de entrada da instalação de fluxo para que haja aproximadamente uma abertura de 5,0 mm abaixo dele (Fig. 3b-c). Este componente funcionará como o portão de esguicagem,podendo ser elevado e abaixado para controlar o fluxo do reservatório superior para o canal.
8. Encha o reservatório superior livremente com uma almofada de limpeza de lã de aço inoxidável. Isso ajuda a distribuir o fluxo de água de entrada uniformemente através do canal.
9. Conecte a saída da válvula à entrada do medidor de fluxo com um comprimento de tubo plástico macio. Conecte a saída do medidor de fluxo ao reservatório superior com tubos plásticos. Certifique-se de que a entrada do tubo para o reservatório superior esteja bem ancorada para que não se escora quando a bomba estiver ligada.
10. Encha o reservatório inferior com água.

2. Realizar experimentos

1. Meça a altura da abertura sob o portão usando uma régua e denote o valor como H₁.
2. Ligue a bomba e ajuste a taxa de fluxo usando a válvula para várias taxas de fluxo (5 - 15 l min^-1). Use uma régua para medir a profundidade líquida rio abaixo do portão(H₂) para cada caso.
3. Observe qualitativamente as formas dos saltos hidráulicos que se formam em diferentes taxas de fluxo. Observe a taxa mínima de fluxo de limiar para a formação de um salto hidráulico. Maior amplitude mais acentuada(H₂ -H_1),os saltos devem ocorrer em taxas de fluxo mais altas.

3. Análise de dados

1. Para cada estojo de vazão, calcule a velocidade de entrada, V₁, a partir da taxa de fluxo volumoso. onde está a taxa de fluxo de volume e W é a largura do canal.
2. Avalie o número de entrada Froude ( ) e a profundidade líquida a jusante teórica para cada caso (Eqn. 4). Compare esses valores com as profundidades de salto a jusante medidas.

Figura 3: a. Esquema e dimensões da estrutura da instalação.b. Diagrama de fluxo da instalação de salto hidráulico.c. Fotografia rotulada de instalação experimental.