orificios e bocaes

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.

ORIFÍCIOS – Classificação 4


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


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).

6

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.


9

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 .


10

•


61,0

985,062,0

d

d

C

C

ghACQ d 2

11

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

12

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'

14

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

15

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

16

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.

17

ORIFÍCIOS - ESVAZIAMENTO

hgAC

At

d

R

2

2

18

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)

BOCAIS – VAZÃO E PERDA DE CARGA

ghACQ d 2

g

v

Ch

v

f2

11 2

2

24

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).

27

Valores práticos disponíveis para o coeficiente Cd .

Comparação entre pesquisas realizadas.

28

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:

29

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 30

orificios e bocaes

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