Eclusas - 7o. relatorio

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Índice :

Titulo .................................................................................................................. 3 1.Resumo ........................................................................................................... 3 2.Introdução ....................................................................................................... 3 2.1. Assunto .................................................................................................. 3 2.2. Objetivos ................................................................................................ 3 3.Resumo Teórico......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 3 3.1 Vazão ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 3 3.2 .Vasos Comunicantes .............................. ................. .......................... ........................... .......................... .................... ........ 4 3.3 Teoria de Reynolds .................................. ..................... .......................... ........................... .......................... .................... ........ 5 3.3.1. Escoamento Turbulento ......................... ............ .......................... .......................... ......................... ............ 6 3.3.2. Escoamento Laminar.......................... ............. .......................... .......................... .......................... ................ ... 6 3.4. Principio de Bernoulli ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 7 3.5. Cavitação......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 8 3.6. Hidrovias Brasileiras .......................... ............. .......................... .......................... .......................... ......................... ............ 8 3.7. Eclusas ........................... .............. ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... .................. ..... 9 3.7.1. Tipos de Eclusas em relação à queda.......................... ............. .......................... ................ ... 9 3.7.2. Partes de uma Eclusa Eclusa ................................... ...................... .......................... .......................... ................ ... 10 3.7.3. Critérios de Dimensionamento Dimensionamento .......................... ............. .......................... ......................... ............ 10 3.7.3.1. Critérios de Velocidade .............................. ................. .......................... ......................... ............ 10 3.7.3.2. Critérios de Pressão .......................... ............. .......................... ........................... ..................... ....... 11 3.7.3.3. Critérios para Cavitação ........................... .............. .......................... .......................... ............... 11 3.8. Proporcionalidades .............................................................................. 12 3.9. Eclusas Brasileiras  – Barra Bonita .......................... ............ ........................... .......................... ................ ... 12 4. Materiais e Métodos.......................... ............. .......................... .......................... ........................... ........................... .................. ..... 13 4.1. Materiais .............................................................................................. 13 4.2. Métodos ............................................................................................... 14 4.3. Fundo de Escala .......................... ............. .......................... ........................... ........................... .......................... ................ ... 14 4.4. Coleta de Dados .................................................................................. 15 4.5. Tratamento de Dados .......................................................................... 15 4.5.1. Resultados Utilizados ......................... ............ .......................... .......................... .......................... ............... 16 5. Conclusão ................................................................................................... 16

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6. Custos ............................................................................................................... 17 7. Memorial Descritivo ........................................................................................... 17 8. Bibliografia.......................... ............. ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... .......................... ............... 18 9. Bibliografia.......................... ............. ......................... .......................... ........................... .......................... .......................... .......................... ............... 18

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Título: Funcionamento de Eclusas 1. Resumo : Desenvolvemos um modelo didático de uma Eclusa que demonstra seu

funcionamento assim como os problemas que devem ser resolvidos para vencer desníveis reais em leitos de rios. 2. Introdução : Neste mundo globalizado, a eficiência no transporte é fundamental,

assim como o controle da poluição é de suma importância para a sobrevivência do ser humano. Dentro deste contexto mundial, as hidrovias aparecem como uma solução bastante eficaz, em geral não são poluentes, são seguros, seu custo (R$/Ton.) é baixo, tanto de implantação, manutenção e custo do transporte, tendo como única restrição a velocidade de transporte. Um dos problemas a ser resolvido neste meio de transporte é a transposição das embarcações através das diferentes alturas em certos trechos dos rios, daí a importâncias das eclusas. câmera (compartimentos) que conforme são enchidos ou esvaziados possibilitam a transposição de um desnível por uma embarcação. Apesar de o Brasil ter grande potencial hidroviário, não tem dado grande importância a este meio de transporte. Iremos apresentar de forma resumida a eclusa de Barra Bonita instalada na hidrovia Tietê – Paraná e também os tipos de eclusas, 2.1.

Assunto

:

Eclusas

são

“elevadores”

que

possuem

u ma

2.2. Objetivos : Nosso objetivo no decorrer do projeto foi mostrar de forma didática

alguns Princípios da Mecânica dos Fluidos aplicados em uma Eclusa que é um sistema que a nosso ver deverá de ser extremamente importante para a resolução de problemas de transporte no futuro. Mostraremos de forma simplificada suas etapas de funcionamento. 3. Resumo Teórico: 3.1. Vazão : é o volume de determinado fluido que passa por uma determinada

seção de um conduto , que pode ser livre ou forçado por uma unidade de tempo. Ou seja, vazão é a rapidez com a qual um volume de um fluido escoa. Um conduto pode ser classificado como livre : um canal, um rio ou uma tubulação e pode ser

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classificado como conduto forçado : uma tubulação com pressão positiva ou negativa. Pode-se escrever a vazão como:



 

Onde: Q é a vazão – unidade no SI: m 3 /s V é o volume – unidade no SI: m3 ∆t é a variação de tempo – unidade no SI: segundos Podemos encontrar também a Vazão, através da relação entre a velocidade e a área de uma determinada tubulação. 

Onde: Q é a vazão – (SI): m3 /s é a velocidade  – (SI): m/s v

A é a área da tubulação – (SI): m2 Os picos altos das vazões no enchimento/esvaziamento interferem na distribuição interna dentro de um compartimento. O volume de eclusagem, em rios e hidrovias de vazões pequenas, pode ser importante, 3.2. Principio de vasos comunicantes: Quando se tem um único líquido em

equilíbrio contido em um recipiente, percebe -se que a altura alcançada por esse líquido em equilíbrio, em diversos vasos comunicantes é a mesma , qualquer que seja a forma de seção do ramo. Para todos os pontos do líquido que estão na mesma altura obtém-se também a mesma pressão. Sendo essas propriedades decorrentes da Lei de Stevin Quando dois líquidos que não se misturam, imiscíveis, são colocados num mesmo recipiente, eles se dispõem de modo que o líquido de maior densidade ocupa a parte de baixo e o de menor densidade ocupa a parte de cima. A separação entre eles é horizontal. Por exemplo, água e óleo, se forem colocados no mesmo recipiente, o óleo menos denso ficara na parte de cima e a água mais densa permanece na parte inferior. Nos vasos comunicantes, eles se distribuem de forma que as alturas das colunas líquidas,sejam proporcionais às respectivas densidades.

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Sabemos que massa especifica (ou densidade absoluta - ρ) é a massa de um fluido contida numa unidade de volume , podemos escrever que 

 

Onde ρ é a densidade absoluta – (SI) : Kg/m3

M é a massa – (SI) – Kg V é o volume – (SI) – m3 Partindo-se do princípio de que: o sistema está em equilíbrio e por ação da gravidade podemos igualar as pressões nos pontos 1 e 2. P1

= P2 

Sabemos que P = ρ x g x h Portanto podemos escrever que : 

ρa x g x há = ρb x g x hb

E ainda que Ɣa x ha = Ɣb x hb

Onde : ρ é a densidade absoluta – (SI) : Kg/m3 Ɣ é o Peso Especifico que é o peso de uma unidade de volume  – (SI) N / m3 g é a gravidade – (SI) – m/s2 h é a altura – (SI) – m E conclui-se que: dois líquidos imiscíveis em vasos comunicantes atingem alturas inversamente proporcionais às suas massas específicas (ou densidades). 3.3. Teoria de Reynolds: Possibilita calcular o tipo de comportamento de um líquido

fluindo através de tubos e canais .Através de uma relação entre a massa especifica de um fluido , o diâmetro do tubo , a viscosidade Dinâmica , uma velocidade critica e um parâmetro físico constante , chamado de Numero de Reynolds , pode se determinar o tipo de escoamento.

6

Podemos escrever esta relação da seguinte forma:  

 

Onde: ρ: Massa Especifica (Densidade absoluta) do fluido – (SI) : Kg/m3

V: Velocidade de escoamento – (SI) : m/s Ø: Diâmetro da tubulação  – (SI) : m µ: Viscosidade Dinâmica  – (SI) : Ns/m2 Através do resultado podemos determinar se o escoamento é Laminar ou Turbulento. Re≤2.000 – Escoamento Laminar 2.000≤Re≤2.400 – Escoamento Transcende Re≥2.400 – Escoamento Turbulento 3.3.1. Turbulências: O Escoamento turbulento ocorre quando as partículas de um fluido não se movem ao longo de trajetórias bem definidas, ou seja, as partículas descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum na água, cuja viscosidade e relativamente baixa.

Figura 1. Esquema de um liquido em regime turbulento

Dentro de um rio encontramos diversos tipos de correntes que podem ser descendentes (no sentido do rio), contrárias e até indefinidas, dependendo da formação do leito e das margens. A turbulência acontece quando a corrente principal, em desnível, encontra obstáculos e passa por eles. De acordo com as características das margens e da ondulação, pode-se avaliar o tipo de formação do fundo e o movimento da corrente. Esta análise deve sempre ser feita para melhor entender a hidrodinâmica do rio, e melhor traçar uma plano de descida.

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Numa Eclusa a turbulência interna da câmera conseqüência do volume e da velocidade de enchimento/esvaziamento deve ser cuidadosamente controlada para não haver danos à embarcação. 3.3.2. Corrente laminar: É a corrente suave e sem obstáculos. A água movimenta-se mais rápido no centro do que no fundo e nas margens. 3.4. Principio de Bernoulli: Se um fluido estiver escoando em um estado de fluxo

contínuo, então a pressão depende da velocidade do fluido. Quanto mais rápido o fluido estiver se movimentando, tanto menor será a pressão à mesma altura no fluido. O princípio de Bernoulli, também denominado equação de Bernoulli ou Trinômio de Bernoulli, ou ainda Teorema de Bernoulli descreve o comportamento de um fluido movendo-se ao longo de uma linha de corrente e traduz para os fluidos o princípio da conservação da energia. Foi exposto por Daniel Bernoulli em sua obra Hidrodinâmica  (1738) e expressa que num fluido ideal (sem viscosidade nem atrito) em regime de circulação por um conduto fechado, a energia que possui o fluido permanece constante ao longo de seu percurso. A energia de um fluido em qualquer momento consta de três componentes: 1. Potencial gravitacional: é a energia devida à altitude que um fluido possua. 2. Cinética: é a energia devida à velocidade que possua o fluido. 3. Energia de fluxo: é a energia que um fluido contém devido à pressão que possui. A seguinte equação conhecida como "Equação de Bernoulli" (Trinômio de Bernoulli) consta destes mesmos termos.



 



 

Onde: 







H = Carga – Energia por unidade de peso z = altura na direção da gravidade desde uma cota de referência (SI) : m V = velocidade do fluido na seção considerada (SI) : m/s g = aceleração gravitacional (SI) : m/s2

8



P = pressão ao longo da linha de corrente (SI) : N/m 2



Ɣ = Peso Especifico do fluido (SI) : N/m 3

Onde a Energia de entrada em um sistema é igual à Energia de Saída, H e = Hs Em alguns sistemas é necessário o uso de maquinas que fornecem Energia ao sistema e são chamadas de Bombas, ou retiram Energia do Sistema e são chamadas de Turbinas. Teremos então que H e + Hmotor = Hs Se Hs ≥ He o Motor é uma bomba Se Hs ≤ He o Motor é uma turbina 3.5. Cavitação: Considere um fluido no estado líquido escoando com uma

temperatura T0 e a uma pressão P 0. Um fluido escoando, ao ser acelerado, tem uma redução da pressão, para que a sua energia mecânica se mantenha constante. Em certos pontos devido à aceleração do fluido, como em um vertedor, em uma turbina hidráulica, em uma bomba hidráulica, em um bocal ou em uma válvula, a pressão pode cair a um valor menor que a pressão mínima em que ocorre a vaporização do fluido (Pv) na temperatura T0. Então ocorrerá uma vaporização local do fluido, formando bolhas de vapor. A este fenômeno costuma-se dar o nome de cavitação (formação de cavidades dentro da massa líquida). Os problemas de cavitação no enchimento /esvaziamento são altos e interferem na distribuição interna e restituição. A cavitação é comum em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas hidráulicas, propulsores navais, pistões de automóveis e até em canais de concreto com altas velocidades, como em vertedores de barragens. . Ela deve ser sempre evitada por causa dos prejuízos financeiros que causa devido à erosão associada, seja nas pás de turbinas, de bombas, em pistões ou em canais. . 3.6. Hidrovias Brasileiras:

A divisão das hidrovias Brasileiras é feita por região hidrográfica que é o espaço territorial brasileiro compreendido por uma bacia, grupo de bacias ou sub-bacias hidrográficas contíguas com características naturais, sociais e econômicas homogêneas ou similares. Os rios da rede Hidroviária Brasileira têm diferentes condições, a saber:

9

-Calado (Distância entre a quilha do navio e a linha de flutuação. Espaço ocupado pelo navio dentro da água): -Largura de rota de navegação: Raios de curvas presentes: -Presença de obstáculos: Corredeiras, cachoeiras, etc. -Variações decorrentes do ciclo hidrológico: 3.7. Eclusas :

3.7.1. Tipos de Eclusas em relação à Queda: Queda é a diferença entre os desníveis de Montante (antes) e de Jusante (depois). Podem ser divididas em: 

Baixa: até 4,5m.



Média ou intermediária: até 10,5m.



Alta: acima de 15,0 e Max. De 35 a 40m.

Nome

Queda(m)

Volume (m3)

Vazão Média (m3/s)

Velocidade Máxima (m/s)

B. Bonita

27

47.600

58

12

P. Primavera

22

78.500

120

10

Tucurui

35

240.000

240

12

Sobradinho

33

86.500

86

11

Três Figueiras

15

37.000

77

10

Tabela 1. Algumas Eclusas brasileiras de Alta Queda com suas características de funcionamento.

Altíssima queda: Acima de 40 m. São as quedas hidráulicas que definem o tipo, o porte e o custo de um sistema de Enchimento/Esvaziamento. Os Sistemas mais simples, a operação de adução/esgotamento é realizada pela extremidade e são mais eficientes para pequenas quedas. Os sistemas mais sofisticados, de alimentação pelo fundo da câmera, são próprios para eclusas de alta queda, caso comum no Brasil, em que também é projetadas com usos múltiplos, como a geração de energia que exige alturas significativas. 

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Os sistemas em que se misturam o enchimento/esvaziamento pelas extremidades e de condutos ao longo da câmera pelos muros é usado para quedas intermediárias. 3.7.2. Partes de uma eclusa:

Canal de adução: Canal de aproximação onde a embarcação deve ter sua velocidade ajustada. Parte a frente da comporta 



Comporta de montante e Jusante



Válvulas de enchimento



Câmara

Válvulas de dreno Existem vários métodos de tomada/captação de a água, válvulas de controle, comportas, condutos, câmaras, dutos etc. 

Figura 2. Esquema de uma Eclusa e suas partes.

3.7.3. Critérios de Dimensionamentos para Eclusas: 3.7.3.1. Velocidades:

Velocidades médias admissíveis: Em torno de 1m/s Velocidades máximas admissíveis: 2,0m/s Velocidade nos condutos: 12,0m/s. A velocidade máxima dos condutos, para concretos comuns, tem sido mantida entre 7 e 8 m/s , quando se tem a possibilidade de transporte de sedimentos.

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A movimentação do plano d água no interior da câmara deverá ser continua, sem variações bruscas de velocidade. Em média é desejável que as velocidades, tanto no enchimento quanto no esvaziamento, situem-se em torno de 2,0m/min. Um valor de velocidade máxima utilizado é de 4,0m/min.. Estas recomendações estão ligadas à limitação imposta pelo tempo de enchimento/esvaziamento, demanda de trafico e a segurança da embarcação. 3.7.3.2. Critérios relativos às pressões:

Pressões a jusante das válvulas: As pressões a jusante das válvulas estão submetidas a critérios relativos à prevenção da cavitação ou a sua minimização, que é o caso de se manter pressões negativas em situações cavitantes, para que haja incorporação de ar através de aeradores. Pressões em curvas do circuito hidráulico: O escoamento em curva poderá ser submetido a depressões junto à parede convexa da curva, por efeito centrifugo, ocorrendo tendência de deslocamento, implicado em cavitação. Para projetos nacionais tem-se adotado: - Pressão de vapor a 30º C da ordem de 0,43m, pressão atmosférica local igual a 9,94m. - Flutuação de pressão, em 0,5xU 2 /2g, 3.7.3.3. Critérios relativos à cavitação junto às válvulas de controle:

O critério apropriado segundo o que preconiza a EM-1110-2-16100 do U.S.A.C.E. , tem – se a definição do índice de cavitação como se segue

Onde: P é a pressão na veia contraída logo a jusante da comporta Pa é a pressão atmosférica Pv é a pressão de vapor d água na temperatura de projeto U é a velocidade na veia contraída g é a aceleração da gravidade.

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3.8. Proporcionalidade:

Algumas construções necessitam de uma proporção em sua estrutura entre a Altura, largura e profundidade. A Forma básica de uma eclusa moderna é de um paralelepípedo, cuja relação em planta mantém uma relação entre 1:6 a 1:12 .

Figura 3. Esquema mostrando partes de uma Eclusa e sua proporcionalidade.

3.9 Eclusas Brasileiras - Região Sudeste – Barra Bonita :

A Eclusa de Barra Bonita (SP) esta localizada no Rio Tietê, a montante do município de Barra Bonita, com comprimento total de 147,25m, largura 11,76 metros e desnível entre máximos normais de 26m, entre mínimos normais de 13.50m.O tempo de eclusagem é de 12 minutos para subir e o mesmo tempo para descer, com capacidade de embarcações de 2 mil toneladas por vez. Devido aos chanfros executados nas bases dos muros de ala desta eclusa, a largura se estreita para 10,16m junto à laje de fundo, o que pode oferecer restrição a eclusagem da embarcação tipo em período de estiagem Capacidade de Carga (t/ano) 16.200.000 Trecho Operacional - Em operação, Gestor CESP - Companhia Docas do Estado de São Paulo. A Eclusa de Barra Bonita foi inaugurada em 1973 com a embarcação Tibiriçá, da Navtur. Barra Bonita, cidade plantada às margens do rio Tietê, tornou  – se um pólo turístico beneficiado pela hidrovia, com um passeio pitoresco que resgata um pouco da história de nosso país. A eclusa fica distante 3 km do centro da cidade. Através

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da eclusa é feita a transposição do desnível de 26 m, entre a vazante do Rio Tietê e a Bacia de Acumulação da Hidroelétrica. As eclusagens são realizadas semanalmente, com programação especial, de quinta a domingo, por embarcações de médio porte, com capacidade para até 120 passageiros. Acesso pela rodovia SP 225.

Figura 4. Mapa da Região Hidrográfica Paraná para visualização de suas interligações

4. Materiais e Métodos: 4.1. Materiais:

Caixa fabricada pela empresa Marfinit, confeccionada em plástico reciclável na cor Marrom. As dimensão internas da caixa são: Comprimento: 0,955m - Largura : 0,26m – Altura comportas : 0,19m (Anexo 1) 

As divisões internas e Comportas foram construídas com acrílico cristal 4 mm, que correm em guias de teflon , serão abertas e fechadas manualmente. 



As mangueiras de Poliuretano 6 mm. (Anexo 2)



“Conexões metálicas, ferro galvanizado marca Tupy, diâmetro de ½”

2) 

“Cotovelos engate rápido, diâmetro de 6 ” para ½”(Anexo 2)

(Anexo

14



“Registros metálicos, tipo Esfera, Marca Emmeti,

diâmetro de 3/8 para ½” ,

marca (Anexo 2). 

Isopor , cimento cola , Bianco , silicone .(Anexo 3)



Recipiente Plástico para medição de volumes.(Anexo 4)



Trena,



Moto Bomba – modelo 5300 - 110 v – 8 w – 540l/h

4.2. Métodos :

Inicialmente checamos as medidas internas reais da caixa , para então calcularmos o volume total e suas partes. A caixa foi dividida longitudinalmente com uma peça de acrílico em duas partes, uma parte será montada o Sistema de eclusagem e a outra terá água que através de uma bomba levará a água para o sistema com o intuito de simular a correnteza de um rio. (Anexo 5). Foram feitas duas comportas de acrílico, que criaram as seguintes compartimentações : 0,305 m (1ª. Parte)  – 0,31 m (Câmara de eclusagem)  – 0,34 m (2ª Parte). e comportas com 0,135 m. de largura e o Tanque de bombeamento com 0,125 m de largura , todo o acrílico foi instalado em guias de Teflon. As tubulações foram então fixadas nas laterais da caixa (Anexo 6) Nossa primeira dificuldade foi desenvolver estas compartimentações de forma que não houve se vazamentos entre as partes e as conexões, calafetamos todas as divisões com silicone, borracha e as conexões de rosca com fita teflon (Anexo 7a), instalamos também calços de madeira e um parafuso passante (Anexo 7b.) Criamos então um desnível no fundo do primeiro compartimento com isopor que foi então recoberto com cimento cola e Bianco (Anexo 8 e 9) Temos uma escala diferente da realidade em relação à escala do “Barco”, pois em uma Eclusa o volume da embarcação não altera o volume dos compartimentos, e no nosso caso pudemos perceber que será preciso testar objetos visuais e leves. A próxima etapa foi descobrir qual seria o diâmetro ideal para que não tivéssemos turbulência na saída da tubulação , fizemos varias leituras e tivemos que optar no final pela colocação de um redutor de diâmetro. Montamos então a bomba para conseguir simular o nível constante de um rio no compartimento que esta sendo realizado a eclusagem.

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4.2.1. Fundo de Escala e Precisão dos instrumentos de leitura :

Instrumento

Menor leitura

Maior leitura

Resolução

Trena

0

3,00m

1 mm

Medidor

250 ml

2250 ml

250 ml

Cronometro

0

9.999s

0,001s

Tabela 2. Fundo de Escala e precisão dos instrumentos

4.3. Coleta de Dados

4.3.1. Medição de Volumes em relação ao diâmetro da tubulação e tempo : Diâmetro (mm)

9

6

4 (com redutor)

3 (com redutor)

Tempo (seg.)

30

30

30

30

Volume (mlts)

1.625

350

200

125

Tabela 3. Valores dos volumes (V) por diâmetro (ø) e espaço de tempo

(t)

4.3.2. Vazão em relação aos diâmetros : Diâmetro (mm)

9

6

4 (com redutor)

3 (com redutor)

Vazão (Q) (m3 /s)

5,42 x 10-5

11,67 x 10-6

6,67 x 10-6

4,167 x 10-6

Tabela 4. Valores das Vazões (Q) pelos diâmetros (ø).

4.3.3. Calculo da Velocidade e Reynolds em relação ao diâmetro da tubulação : Diâmetro (mm)

9

6

4 (com redutor)

3 (com redutor)

Velocidade (m/s)

0,852

0,4126

0,530

0,588

Reynolds

7.668

2.475,60

2.120

1.764

Tabela 5. Valores das velocidades (v) e Reynolds por diâmetro (ø)

4.3.4. Dados experimentais da Bomba : Vazão : 66,67 x 10-6 m3 /s Diâmetro da tubulação : 6 mm

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4.4 Redução de Dados .

Diâmetro da tubulação com redutor : 3 mm Reynolds 1.764 – Escoamento Laminar Volume : 250 x10-6 m3 Vazão na tubulação : 4,167 x 10 -6 m3 /s Área da Tubulação : 7,09 x 10 -6 m2 Velocidade de escoamento : 0,588 m/s  – Velocidade Média Velocidade Máxima : 1,176 m/s 4.5 Desenho técnico: Anexo 13 5. Analise dos Resultados:

Para o desenvolvimento de novos equipamentos, são feitos primeiramente modelos em escala reduzida e em tamanho proporcional. Para o estudo deste novo equipamento (protótipo) o modelo é confeccionado com os mesmos materiais e devem ser testados nas mesmas condições de trabalho. Nossa primeira idéia foi fazer um modelo baseado em uma eclusa existente , conseguimos vários parâmetros da Eclusa de Barra Bonita, o que nos possibilitaria a construção de um modelo ideal. Usando o método modelo/protótipo, em escala 1:100 encontramos os seguintes parâmetros: Barra Bonita

Modelo

Comprimento (metro)

147,25

1,4725

Largura (metro)

11,76

0,1176

Desnível (altura) (metro)

12,5

0,125

Proporção

1:12,52

1:12,52

Tempo de Eclusagem (seg.)

720

720

Volume (m3)

21.645,75

216,457

Vazão (m3 /seg.)

30,06

30,06

Tabela 6. Comparativo Eclusa existente e Modelo a ser construído

Ao chegarmos a estes números concluímos que um recipiente com as dimensões necessárias seria muito grande e não nós ajudaria na didática para a

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apresentação do trabalho, decidimos então optar por uma caixa plástica encontrada pronta no mercado, que nós propiciaria facilidade de montagem das comportas, tubulações e também facilidade de transporte (Anexo 1). Construímos as comportas em acrílico transparente para facilitar a visualização da eclusagem. Estudamos vários diâmetros de tubulações até encontrarmos o ideal para o funcionamento de nosso modelo, pois é necessário que o escoamento seja Laminar. , chegamos então ao diâmetro da tubulação de 6 mm com um redutor de diâmetro para 3 mm (Anexo 10). 6. Conclusão: Para alcançarmos nosso objetivo, construir um modelo de Eclusa que

fosse didático, tivemos que superar uma serie de dificuldades que com a pesquisa de materiais e criatividade foram sendo transpostas. Nossa primeira dificuldade foi a escolha do recipiente adequado para nosso objetivo, primeiro pensamos em usar vidro, chegamos a conclusão que além de ser caro seria muito frágil dificultando o transporte, optamos então por um recipiente de plástico que se por um lado foi barato e de fácil transporte nos causou problemas de vedação. O plástico é mole e deforma facilmente, o que propiciou uma serie de vazamentos, buscamos então materiais para vedação, usamos silicone nas uniões e borracha no fundo da caixa (Anexo 7b) colocamos também reforços laterais (Anexo 11) além de um parafuso passante (Anexo 12). Passo seguinte foi encontrar a tubulação ideal para o seu funcionamento, uma eclusa necessita de um escoamento laminar, pois uma embarcação quando esta confinada em uma câmera não pode sofrer com um escoamento turbulento que pode danificá-la. No mercado encontramos uma serie de diâmetros de tubulações de água, todos muito grandes, usamos então tubulações para ar comprimido, também mostraram  – se grandes, optamos então por fabricar reduções até chegarmos ao diâmetro ideal. Quando se trabalha com materiais largamente fabricados encontramos variadas informações técnicas sobre os mesmos, quando opta  – se por usar um material de forma diferente do especificado pelo fabricante faz com que todas as informações tenham que ser adquiridas de forma empírica que por falta de equipamentos adequados certamente nos levou a erros nos resultados experimentais. Usamos também materiais doados, sem especificações, ou já não fabricados como é o caso da bomba.

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A bomba teve que ser utilizada para que tivéssemos um recipiente de trabalho ela substitui o volume e a correnteza do rio. As comportas foram fabricadas em acrílico transparente para mostrarmos a subida e descida da embarcação pelo comportamento da água nos diferentes compartimentos. Acreditamos que alcançamos nosso objetivo em mostrar o funcionamento de uma Eclusa, também percebemos ao longo do trabalho quantos fundamentos da mecânica dos fluidos estão aplicadas neste dispositivo e que no futuro poderemos aprofundar muito o estudo e a pesquisa. 6. Custos:

Caixa Plástica: R$ 43,77 Conexões: R$ 33,34 Silicone: R$ 15,78 Itens Doados : Acrílicos, mangueiras, teflon, isopor , cimento cola , Bianco , redutor de diâmetro , borrachas de vedação. 7. Bibliografia :

GONTIJO, Tavares Nebai; DIAS CAMPOS , Rubens Gomes - Estruturas Hidráulicas Seminário - Eclusas, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte,2005. ÇENGEL, Yunus A. Mecânica dos fluídos: fundamentos e aplicações. São Paulo: Mc Graw Hill, 2007. BRUNETTI, Franco . Mecânica dos fluidos. São Paulo: Pearson, 2008. http://www2.transportes.gov.br/bit/hidrovias/mapas - Acesso em 11 agosto 2011. http://www.brasilescola.com/geografia/hidrovias.htm - Acesso em 17 agosto 2011. http://www.fisica.net/hidrodinamica - Acesso em 17 agosto 2011. http://www.infoescola.com/mecanica-de-fluidos/tipos-de-fluxos-e-escoamentos - Acesso em 11 agosto 2011.

8. Memorial de cálculos:

7.1. Volume utilizado = 250 ml = 250 x 10-3 L = 250 x 10 -6 m3

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7.2. Calculo da Vazão:



 



 

= 4,167 x 10-6 m3 /s

7.3. Calculo da Velocidade: Q=VELOCIDADE X ÁREA tubulação, portanto  

 

Calculo da área da tubulação: Ø interno da tubulação: 3 mm = 3x10 -3 m Área da tubulação = π x (3x10-3)2 / 4 = 7,09 x 10-6 m2 Vel. = 4,167 x1 0 -6 m3 /s / 7,09 x 10-6 m2 = 0,588 m/s 7.4. Calculo de Reynolds :

 

 

 Re= (1000 x 0,588 x 3x10-3) / 10-3 = 1.764

≤ 2.400 , portanto

Escoamento Laminar 7.5. Cálculo da Velocidade Máxima: 

   = 0,588 = 0,5 x Vmáx , Vmax=1,176m/s 

9. Anexos:

Anexo 2. Registro, conexões , mangueiras Anexo 1 : Caixa com as divisões de acrílico instaladas.

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Anexo 3. Materiais Utilizados Anexo 4. Recipiente Medidor

Anexo 6. Tubulações na lateral da caixa. Anexo 5. Divisão Longitudinal

Figura 7a - Vedações Anexo 7b – vedação inferior

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Anexo 8. Desnível em Isopor

Anexo 9 Desnível recoberto com cimento Cola

Anexo 10. Novo diâmetro da tubulação Anexo 11. com reforços laterais

Anexo12. Parafuso Passante