Distribuição de Velocidade: Natureza e Medição

Leia este artigo para aprender sobre a natureza da distribuição de velocidade e sua medição por flutuadores.

Natureza da Distribuição de Velocidade:

Nos canais, o fluxo é na maior parte turbulento e, portanto, torna-se um pouco difícil medir uma velocidade média em um determinado ponto. Mas três a quatro observações no mesmo ponto dão um resultado bastante médio. Para qualquer tipo de fluxo, laminar ou turbulento, a distribuição de velocidade sobre a seção transversal do canal possui algumas características gerais. Portanto, para chegar à velocidade média do fluxo é muito essencial entender a natureza do diagrama de distribuição da velocidade. A distribuição da velocidade ao longo da seção transversal de um canal retangular é mostrada na Fig. 15.1, (a), (b) e (c).

Eles dão:

Eu. Isovels em uma seção.

ii. Perfil de velocidade em seções verticais.

iii. Perfil de velocidade em seções horizontais.

Da Figura 15.1, a natureza da distribuição da velocidade é muito clara. O método de plotagem do diagrama de distribuição de velocidade consiste em medir as velocidades nos centros dos pequenos quadrados formados por linhas verticais e horizontais imaginárias. Então os pontos de velocidades iguais podem ser unidos com uma curva suave para obter várias isovels. Assim, isovel é uma curva obtida unindo os pontos de velocidades iguais. As isovels internas são para velocidades mais altas.

Tem sido experimentado que a velocidade máxima ocorre em 0, 15. D a 0, 20 D abaixo da superfície da água na linha central do canal. A velocidade média na seção vertical ocorre a 0, 6 D abaixo da superfície da água. Também foi provado que a relação entre velocidade máxima e velocidade média é geralmente 1, 2. A Figura 15.2 mostra a distribuição de velocidade vertical em qualquer seção.

Medição de Velocidade por Flutuadores:

Este método é muito simples e fornece resultados bastante precisos. Este método consiste em observar o tempo gasto pelos flutuadores para percorrer uma distância medida.

Então:

Distância percorrida por uma flutuação em m / Tempo gasto em seg. = Velocidade em m / seg.

Os carros alegóricos podem ser classificados nas seguintes categorias:

Eu. Flutuadores de superfície

ii. Flutuadores subsuperficial ou Flutuadores duplos

iii. Flutuadores gêmeos

iv. Barras de velocidade ou barras flutuantes

Eu. Flutuadores de superfície:

Eles são feitos de material leve, por exemplo, cortiça. Para torná-los facilmente distinguíveis, eles são pintados no topo. Os flutuadores de luz são pesados ​​para mantê-los flutuando logo acima da superfície da água. Os flutuadores devem ser de tamanho suficientemente pequeno para que possam ser transportados pela velocidade do filamento da superfície. Geralmente o diâmetro do flutuador varia de 8 a 16 cm. É claro que os flutuadores não devem ser muito leves, pois o vento pode afetar o movimento dos carros alegóricos. A medição da velocidade é feita como mencionado abaixo (consulte a fig. 15.3).

Dois cabos ou cabos são esticados através do canal em ângulos retos com o fluxo. As cordas são marcadas para dividir a largura do canal em vários caminhos ou trilhas para flutuadores. As duas cordas estão separadas por uma distância conhecida. A distância entre as cordas é chamada de alcance ou corrida.

Essa distância deve ser suficientemente longa. Para rios e grandes canais de irrigação, deve ter mais de 50 metros. Geralmente, 75 metros de comprimento são suficientes. Para canais de irrigação revestidos e para pequenos canais sem revestimento, o comprimento mínimo de corrida deve ser de 15 metros.

Uma terceira corda marcada é esticada através do canal a montante do alcance em cerca de 15 a 20 metros. Os carros alegóricos são liberados neste momento. No momento em que os carros alegóricos entram na corrida, eles adquirem velocidade uniforme. Os flutuadores que seguem suas respectivas trilhas são considerados apenas.

Os flutuadores podem ser observados através de teodolitos para observar com precisão o tempo gasto pelos flutuadores para cruzar a corrida. Como a velocidade dos carros alegóricos é afetada pelo vento, um dia calmo deve ser escolhido para fazer observações. Através deste método, obtém-se velocidade superficial que não é a velocidade média do fluxo. Portanto, esse valor deve ser multiplicado por uma constante adequada para chegar a uma velocidade média de fluxo.

ii. Flutuadores Subsuperficiais ou Flutuação Dupla:

Consiste em um flutuador de superfície mais leve preso por um cabo a uma esfera de metal oca ou um cilindro que é outro flutuador de subsolo (Fig. 15.4).

A flutuação da subsuperfície é ligeiramente mais pesada que a água. A profundidade na qual a flutuação da subsuperfície deve ser confinada pode ser aumentada ou diminuída ajustando-se o comprimento do cordão. A superfície flutuante neste tipo pode ser tomada de tamanho muito menor para reduzir a resistência ao movimento na superfície.

Quando o flutuador de subsuperfície é ajustado com precisão (cerca de 0, 2 D acima do fundo), a velocidade obtida pelo tempo de flutuação da superfície é quase igual à velocidade média. Este método é superior ao flutuador de superfície. No entanto, a desvantagem deste método é que é impossível determinar a posição exata do flutuador de subsuperfície.

iii. Flutuador gêmeo:

Consiste em duas esferas de metal oco de igual tamanho presas por um cordão. Um deles é tão pesado que permanece verticalmente abaixo do que flutua na superfície. A velocidade obtida neste método é a média das velocidades na superfície e na profundidade da flutuação. Se o flutuador inferior for ajustado de tal forma que apenas limpe o fundo, a velocidade obtida será aproximadamente a velocidade média para aquela seção vertical.

iv. Vara de Velocity ou Rod Float:

Uma haste de velocidade ou uma haste flutuante consiste em um tubo de metal oco ou uma haste de madeira. O diâmetro da barra de flutuação é de cerca de 3 a 5 cm. A haste é pesada na parte inferior para manter a haste flutuando verticalmente com seu topo logo acima da superfície da água. A haste deve ter comprimento suficiente para cobrir toda a profundidade.

Para se adequar a diferentes profundidades, a haste é feita em comprimentos ajustáveis, isto é, é feita telescópica. Para grandes rios, os flutuadores de barras podem ser feitos de troncos de madeira com cerca de 30 cm de diâmetro. É inferior para mantê-los na vertical. Como as ervas daninhas interferem com o uso de varetas, a porção do canal selecionada como uma corrida deve estar livre de ervas daninhas. A Figura 15.5 mostra flutuadores de haste.

A velocidade com que a haste viaja no canal é quase igual à velocidade média em sua profundidade. Se o comprimento do flutuador da haste for igual à profundidade do fluxo, a extremidade inferior do flutuador poderá se arrastar sobre o leito. Então a velocidade do fluxo será precisa. Para evitar este problema, a extremidade inferior da haste é geralmente mantida ligeiramente acima do leito do canal, digamos por D ₁ metro. Então a velocidade média da seção pode ser calculada a partir do

Onde V é a velocidade observada de um flutuador de haste.

D é a profundidade do fluxo em um canal.

D ₁ é a folga entre a extremidade inferior da haste e o leito do canal.

A haste flutuante é adequada para grandes canais e é melhor que qualquer outro tipo de flutuador. Pode-se mencionar aqui que o procedimento de medir a velocidade por flutuadores em todos os casos é semelhante ao descrito no método de flutuação de superfície.