ÍORIFÍCIOS E BOCAIS

Disciplina: Mecânica dos FluidosProf Claudinei Antonio MontebellerProf. Claudinei Antonio Montebeller

Orifícios e BocaisOrifícios e Bocais

São perfurações (geralmente de forma geométricaSão perfurações (geralmente de forma geométrica conhecida) feitas abaixo da superfície livre do lí id d d tó i tlíquido em paredes de reservatórios, tanques, canais ou tubulações, com a finalidade de medição de vazão.

a) Classificação:‐ quanto à forma geométrica: retangular circular‐ quanto à forma geométrica: retangular, circular, triangular, etc.

‐ quanto às dimensões relativas.qua to às d e sões e at as

Pequeno: quando suas dimensões forem muitoPequeno: quando suas dimensões forem muito menores que a profundidade (h) em que se

t N áti d ≤ h/3encontram. Na prática, d ≤ h/3.

‐ Grande: d > h/3d = altura do orifício.h = altura relativa ao centro degravidade do orifíciogravidade do orifício

‐ Quanto a natureza das paredes.Qua to a atu e a das pa edes

a) Parede delgada: (e < d): a veia líquida tocaa) Parede delgada: (e < d): a veia líquida toca apenas a face interna da parede do reservatório.

b) Parede espessa: (e ≥ d): nesse caso a veia líquida toca quase toda a parede do reservatório. Esse caso será enquadrado no estudo dos bocais.q

‐ quanto ao escoamento:qua to ao escoa e to‐ livre;afogado‐ afogado. 

‐ Seção contraída Seção co t a da

As partículas fluidas afluem ao orifício vindas de todas asAs partículas fluidas afluem ao orifício vindas de todas as direções, em trajetórias curvilíneas. Ao atravessarem a seção do orifício continuam a se mover em trajetóriasseção do orifício continuam a se mover em trajetórias curvilíneas (as partículas não podem mudar bruscamente de direção) obrigando o jato a contrair‐se um pouco alémde direção), obrigando o jato a contrair se um pouco além do orifício (onde as linhas de corrente são paralelas e retilínea);retilínea);

‐ Seção contraída Seção co t a da

Fórmula para cálculo da vazão

Orifícios afogados de pequenas dimensões em paredes delgadas.g p q p gNeste caso, admite‐se que todas as partículas que atravessam o orifício têm a mesma velocidade (d < h/3). Consideremos níveis 

d i ó iconstantes nos dois reservatórios. 

Fórmula para cálculo da vazão

Aplicando a equação de Bernoulli entre os pontos (0) e p ca do a equação de e ou e e os po os (0) e(1), situados na linha de corrente do fluxo. 

2 22 20 0 1 1

0 12 2p v p vz z

g gγ γ+ + = + +

g gγ γ

0 atmp p= 0 0v =2

0 10 0 02

stvh h+ + = + +2g

2stv h h 2v gh h=0 12st h hg= − 0 12stv gh h= −

Na prática a velocidade real na seção contraída é menor p çque a velocidade teórica, devido às perdas existentes (atrito externo e viscosidade). Chamando de CV ( )(coeficiente de velocidade) a relação entre a velocidade real e a velocidade teórica:

vvC = .v stv C v=stv

( )2v C g h h= ( )0 12 .S vv C g h h= −

(na prática adotar CV = 0,985).

A vazão (Q) que atravessa a seção contraída (eA vazão (Q) que atravessa a seção contraída (e também o orifício) é dada por:

Chamando de CC (coeficiente de contração) a relação

( )0 1. . . 2 .c v cQ A v C A g h h= = −

Chamando de CC (coeficiente de contração) a relação entre AC e A (área do orifício), vem:

CC

ACA

= C CA C A= ( )0 1. . 2 .v C cQ C C A g h h= −

(na prática adotar CC =0,62)Definindo como coeficiente de descarga (C ) o produto:Definindo como coeficiente de descarga (CQ) o produto:

.Q v CC C C=

(na prática adotar CQ =Cv. Cc=0,62.0,985= 0,61) 

Q

‐ Orifícios com escoamento livre, de pequenas dimensões , p qe paredes delgadas

. . 2. .QQ C A g h=

Diferentes tipos de bocais (cilíndricos e cônicos).p ( )