orificios e bocaes
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ORIFÍCIOS e BOCAIS
UNIDADE 4
Consultar – Cap. 5- Manual de Hidráulica-
Azevedo Netto
ORIFÍCIOS – O que são? 2
TRATAM-SE DE PERFURAÇÕES, DE FORMA GEOMÉTRICA DEFINIDA,
FEITAS ABAIXO DA SUPERFÍCIE LIVRE DO LÍQUIDO EM PAREDES DE
RESERVATÓRIOS, TANQUES, CANAIS OU CANALIZAÇÕES.
CLASSIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS:
Quanto à forma: Circulares, retangulares, etc.
Quanto às dimensões: pequenos e grandes.
Quanto à natureza das paredes: orifícios em paredes delgadas,
orifícios em paredes espessas.
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ORIFÍCIOS – Classificação 4
CLASSIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS:
Quanto às dimensões:
Orifícios pequenos – suas dimensões são muito menores do que a
profundidade que se encontram. A dimensão vertical do orifício é
igual ou inferior a 1/3 da profundidade.
Orifícios grandes – É quando a dimensão vertical do orifício é superior
a 1/3 da profundidade.
Quando a área do orifício é menor
do que 1/10 da área da superfície do recipiente, a
Velocidade da superfície pode ser desprezada.
ORIFÍCIOS – Classificação 5
CLASSIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS:
Quanto à natureza das paredes:
Orifícios de paredes delgada – o jato líquido apenas toca a perfuração em
uma linha que constitui o perímetro do orifício.
Orifícios de paredes espessas – o jato líquido adere ao perímetro do
orifício.
(a) Parede delgada biselada (b) Parede delgada: e<1,5 d (c) Parede espessa: e>1,5 d
bocal
• Se o valor de e estiver compreendido entre 2 a 3 vezes o
diâmetro d, tem-se o caso de um bocal.
• Obs. :
• 1 - O jato que sai do orifício chama-se veia líquida. Sua
trajetória é parabólica.
• 2 - A seção A2 é denominada seção contraída ( vena
contracta).
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Orifícios pequenos em paredes delgadas 7
Coeficiente de contração da veia líquida (Cc)
Cc=A2/A, valor médio prático de Cc é 0,62.
A2 é a área da seção contraída
A é a área do orifício.
Fonte: Azevedo Netto (1998)
2 3 4 5 6
0,2 0,685 0,656 0,626 0,621 0,617
0,4 0,681 0,646 0,625 0,619 0,616
0,6 0,676 0,644 0,623 0,618 0,615
0,8 0,673 0,641 0,622 0,617 0,615
1,0 0,670 0,639 0,621 0,617 0,615
1,5 0,666 0,637 0,620 0,617 0,615
2,0 0,665 0,636 0,620 0,617 0,615
3,0 0,663 0,634 0,620 0,616 0,615
5,0 0,663 0,634 0,619 0,616 0,614
10,0 0,662 0,633 0,617 0,615 0,614
Carga (h) em
metros
DIÂMETRO DO ORIFÍCIO
ORIFICIOS CIRCULARES EM PAREDES DELGADAS
COEFICENTES DE CONTRAÇÃO Cc
Orifícios pequenos em paredes delgadas
ghVt 2
Aplicando Bernoulli entre os pontos 1 e 2,
tendo o eixo do orifício como o plano de
referência, tem-se:
Expressão do conhecido teorema de
Torricelli.
Cada partícula, ao atravessar a seção
contraída, teria uma velocidade idêntica à
queda livre, desde a superfície livre do
reservatório até o plano de referência,
passando pelo centro do orifício.
Vt é a velocidade teórica, que não leva em
conta as perdas sempre existentes.
Orifícios pequenos em paredes delgadas
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Coeficiente de redução de velocidade: Cv
Como no cálculo não é levado em consideração as perdas, V2 é menor
que Vt . Como V2 na prática é menor que Vt , tem-se o Cv.
Por isso, se introduz um coeficiente de correção Cv., o coeficiente de
redução de velocidade.
Cv= V2/Vt
o valor médio de Cv é 0,985
Ver Tabela 5.2 da bibliografia citada.
V2 = Cv. . Vt = Cv .
Orifícios pequenos em paredes delgadas
10
•
Orifícios pequenos em paredes delgadas
61,0
985,062,0
d
d
C
C
ghACQ d 2
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Assim tem-se a estimativa de vazão:
Fórmula geral para pequenos orifícios
Na prática é adotado o valor de 0,62.
Para questões que envolvem mais precisão, usar a Tabela 5.3 da
bibliografia .
Cv - Ver Tabela 5.2 da bibliografia.
Cc - Ver Tabela 5.1 da bibliografia.
Orifícios de grandes dimensões
12
2/3
1
2/3
223
2
hh
hhgACQ d
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Em orifícios de grandes dimensões a carga não é única, considera-se
a carga variável, conforme mostra a Figura abaixo.
Valor médio usual = 0,61
Orifícios afogados abertos 13
Orifício afogado – a veia escoa em massa líquida. A expressão de
Torricelli pode ser mantida, porém, a carga h deve ser considerada
como a diferença entre as cargas de montante e jusante (h1-h2).
Os coeficientes de descarga serão ligeiramente inferiores aos indicados para
orifícios com descarga livre. Mas, na prática, essa diferença é desprezível.
CONTRAÇÃO INCOMPLETA DA VEIA LÍQUIDA
kCC dd 15,01'
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Posicionamento dos orifícios:
O posicionamento do orifício afeta a contração da veia líquida, alterando
dessa forma a vazão. É aplicado coeficiente de descarga corrigido.
K= Perímetro da parte que há supressão
Perímetro total do orifício
)(2 ba
bK
)(2
2
ba
baK
)(2 ba
baK
CONTRAÇÃO INCOMPLETA DA VEIA LÍQUIDA
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Para orifícios circulares:
C’d = Cd (1 + 0,13 k)
Onde:
K = 0,25 – para orifícios junto a uma parede lateral;
K = 0,25 – para orifícios junto ao fundo;
K = 0,50 – para orifícios junto ao fundo e a uma parede lateral;
K = 0,75 – para orifícios junto ao fundo e a duas paredes laterais.
ORIFÍCIOS – PERDA DE CARGA
g
v
Ch
v
f2
11 2
2
2
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Perda de carga nos orifícios:
Se não existissem perdas nos orifícios , a velocidade v2 do jato igualar-se- ia
à velocidade teórica Vt ( Torricelli).
A perda de carga que ocorre na passagem por um orifício, corresponderá ,
portanto, à diferença de energia cinética.
hf = -
A perda de carga ocorre quando da passagem pelos orifícios – PERDA DE
CARGA LOCALIZADA é dada pela expressão seguinte:
ORIFÍCIOS – PERDA DE CARGA No caso de comportas, o valor do coeficiente em geral esta
entre 0,6 e 0,8.
Admitindo-se valor de 0,70 para comportas, tem;
hf =
A vazão á dada pela expressão Q = 0,7. .
- h é a altura do nível d’agua em relação ao centro da
comporta.
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ORIFÍCIOS - ESVAZIAMENTO
hgAC
At
d
R
2
2
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Tempo de esvaziamento de um reservatório, por um orifício pequeno:
Depois de um certo tempo, com o esvaziamento do reservatório, o
orifício deixa de ser pequeno, o que torna esta expressão “aproximada”.
AR=Área do reservatório;
A = Área do orifício.
BOCAIS – O que são? 19
Conceito: São pequenos tubos adaptados a orifícios em paredes
delgadas, por onde escoam líquidos dos reservatórios. Cuja
finalidade pode ser:
Dirigir o jato
Regular e medir a vazão
L
d
Figura 1 – Representação de um bocal
BOCAIS - Classificação 20
Quanto à forma geométrica:
Cilíndricos
- Interiores ou Reentrantes
- Exteriores
Cônicos
- Convergente
- Divergente
Figura 2- Tipos de bocais. Fonte: Azevedo Netto (1998).
BOCAIS - Classificação 21
Quanto às dimensões relativas:
L d bocal curto
L d bocal longo
L 2,5d bocal padrão
Sobre os bocais longos:
d L 2d o escoamento oscila entre aquele que ocorre no orifício
de parede delgada e no orifício de parede espessa.
2d L 3d o escoamento característico do bocal longo,
funcionando como um bocal em parede espessa.
3d L 100d bocal conhecido como tubo curto
L 100d considerado encanamento
BOCAIS – Medição de vazão 22
Se o bocal for curto (L d)
Seção contraída fora do bocal
Bocal funciona como orifício em parede delgada
Se o bocal for longo (L d)
Seção contraída dentro do bocal
A veia líquida ocupa parcialmente a área interna do bocal.
Orifício funciona como orifício em parede delgada onde Cc = 0,62
e Cv = 0,82.
A veia líquida ocupa inteiramente a área interna do bocal. Não
existe contração da veia líquida. (Cc = 1 e Cv = 0,82)
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BOCAIS – VAZÃO E PERDA DE CARGA
ghACQ d 2
g
v
Ch
v
f2
11 2
2
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Aos bocais aplica-se a fórmula geral de orifícios pequenos
para estimativa da vazão:
Aos bocais aplica-se a fórmula geral de orifícios para
estimativa da perda de carga:
BOCAIS – ALCANCE DO JATO 25
O alcance máximo dos jatos de bocais, são apresentados na
tabela abaixo (Azevedo Netto, 1998).
Processo expedido de cálculo de vazão
“Em vista das dificuldades que se apresentam para o
tratamento do problema com o máximo rigor técnico,
apresenta-se vantajoso para o engenheiro o processo
expedito da cálculo de vazão”, segundo o Manual de
Hidráulica do Azevedo Netto.
Onde:
Q = vazão , em m³ /s;
A = seção de escoamento (área útil do tubo) em m³;
G = 9,8 m/s2 ;
H = carga inicial disponível, em m.
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ghACQ d 2
Processo expedido de cálculo de vazão
O coeficiente de descarga Cd ( ou o coeficiente de
velocidade Cv ) dependerá do comprimento relativo do
tubo, isto é, de L/D.
Para orifícios em paredes delgadas,
L/D < 0,5 - Cd = 0,61;
Para os bocais, esse valor se eleva,
L/D = 2 a 3 - Cd = 0,82 .
Para tubos muito curtos, o valor de Cd vai decrescendo, à
medida que se eleva a relação L/D, em consequência da
influência dos atritos internos e externo ( parede dos
tubos).
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Valores práticos disponíveis para o coeficiente Cd .
Comparação entre pesquisas realizadas.
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Ver Tabela 5.6 da bibliografia citada).
Descarga de bueiros Os bueiros são condutos relativamente curtos e
geralmente trabalham afogados. O Cd é função do da
relação comprimento /diâmetro. Valores recomendados
para bueiros de concreto até 15m de comprimento:
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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 30