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OrifíciosBocaiseVertedores 1.ORIFÍCIOS 1.1.Definição:éumaabertura,deform 1.1.Definição:éuma abertura,deformageométrica ageométrica definida,feitanaparededeum reservatórioedeonde reservatórioedeondeescoaofluidocontido. escoaofluidocontido. Figura Figura1.1-Or 1.1-Or ifício 1.2.Classificação: a)Quantoàforma: a)Quantoàforma:circular,retangular,tr circular,retangular,triangular,e iangular,e tc... b)Quantoàsdimensões: -pequen -pequenos:dimensõesmuitomenor os:dimensõesmuitomenoresqueasu esqueasu acarga(profundidade); -grande -grandes:dimensõesdamesmaord s:dimensõesdamesmaordemdegrand emdegrand ezadacarga. c)Quantoànaturezadaparede: -parede -parededelgada:contatolíquido delgada:contatolíquido/paredepor /paredepor umalinha(perímetro); -parede -paredeespessa:contatolíqu espessa:contatolíquido/parede ido/parede porumasuperfície.Estuda-secomo bocal. 1.3.ElementosparaEstudodaVazão: 1.3.1.CoeficientedeContração(Cc) Constata-se,experime Constata-se,experimentalmente ntalmente ,queojatod’águasecontrailogo apóssairdoorifício. apóssairdoorifício. Ac=áreacon Ac=áreacontraída(“venac traída(“venac ontracta”). A=áreadoo A=áreadoorifício. rifício. A C C c0,62...(1.1) cA Figura1.2-Contraçãodojato 1.3.2.CoeficientedeVelocidade(Cv) PelaaplicaçãodaEquaçãodeBernoulli,podePelaaplicaçãodaEq uaçãodeBernoulli,pode-secalcularavel secalcularavel ocidadeteóricadojatono orifício,semconsideraraperdadecarga: 22 2 2 V VpVp pVp 1 11ht2 1ht2
...(1.2) 2g 2gg2gg g2gg ComoA(áreadores ComoA(áreadoreservatório)>>A(áreado ervatório)>>A(áreadoorifício),V orifício),V =>0 1 1 2 2 1 e:p1=p2=patm=0 Aexpressão(1.2)sereduza: V2gh V 2gh ...(1.3) t HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 1 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com -----------------------Page2----------------------OrifíciosBocaiseVertedores Comoexisteperdade Comoexisteperdadecarganoescoamento,v carganoescoamento,v<ve,p <ve,p ortanto, 2t V=Cv.V,ou: 2t V C C20,98 20,98 ...(1.4) V V t 1.3.3.CoeficientedeVazão(C) Q Avazãoatravésdeumorifíciopodeserdada, Avazãoatravésdeu morifíciopodeserdada,teoricamente, teoricamente, por: QtA.VA.2gh Qt A.VA.2gh e,avazãoreal,por: Q QCQ.A.2gh CQ.A.2gh ...(1.5) Q QCC.A.CV.2gh CC.A.CV.2gh QCC.CV.A.2gh Q CC.CV.A.2gh Portanto, CQCC.CV0,61 CQ CC.CV0,61 ...(1.6) 1.4.OrifíciosAfogados Diz-se Diz-sequeo queo
orifícioestáafogadoquandoojatonão descarre descarreganaatm ganaatm osferamassimnumamassalíquida. Aexpre AexpressãodeT ssãodeT orricellicontinuaválida,substituindo-se acarga acargah1pe h1pe ladiferençadascargasdemontanteede jusante. jusante. Q QCQ.A. CQ.A. 2gh...(1.7) Figura1.3–Orifícioafogado 1.5.OrifíciosdeGrandesDimensões A Ahipótese hipótese dequetodosospontosdaáreado o orifícioes rifícioes tãosujeitosàmesmacarganãopodesser a assumida ssumida nestasituação.Mas,emcadafaixa h horizontal orizontal dh,muitopequena,daáreadoorifício,a c cargahéa argahéa mesma. S Supondoum upondoum orifícioretangulardelarguraL,pode- s seescrev eescrev eraexpressãodavazãoatravésdalargura d dh: h: Figura1.4–Orifíciode Figura1.4–Orifíciodegrandesdimensões grandesdimensões dQCQ.L.dh.2gh dQ CQ.L.dh.2gh ...(1.8) Integrandoparatodaaalturadoorifício(h Integrandoparatoda aalturadoorifício(h-h): -h): 2 2 1 HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 2 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com -----------------------Page3----------------------OrifíciosBocaiseVertedores h2 h2 h2 Q QCQ.L.dh.2gh CQ.L.dh.2ghCQ.L. CQ.L. 2ghhdh h1 h1 h1 23 233 3
QCQ.L.2gh22 Q CQ.L.2gh22h12 h12 ...(1.9) 3 1.6.EscoamentocomNívelVariável Éasituaçãomaiscomum,naprática,quandoa Éasituaçãomaiscom um,naprática,quandoacargadoreservatór cargadoreservatór iovaidiminuindoem conseqüênciadopróprioescoa conse qüênciadopróprioescoamentopeloorifício. mentopeloorifício. Comareduçãodacarg Comareduçãodacarga,avazãopeloorifício a,avazãopeloorifíciotambémdecresce. tambémdecresce. Oproblemaconsiste,naprática,emdeterminar Oproblemaconsiste, naprática,emdeterminarotempone otempone cessárioparaoesvaziamento deumtanqueourecipiente. Seja: A=áreadoorifício; AR=área AR=áreadoreservatório; doreservatório; t=tempone t=temponecessárioparaoesvaziame cessárioparaoesvaziamento. nto. Numintervalodetempodt,avazãoé: Numintervalodetemp odt,avazãoé: QCQ.A.2g QCQ.A.2gh h ...(1.10) eovolumedescarregadonessetempo: Vol.CQ.A. Vol.CQ.A.2gh.dt 2gh.dt (Vol=Qxt)...(1.11) Nesseintervalodete Nesseintervalodetempo,oníveld’águanore mpo,oníveld’águanoreservatóriobaixará servatóriobaixará emdhque,emvolume, édadopor: VolAR.dh VolAR.dh ...(1.12) Comoessevolumeéo Comoessevolumeéoquesaipeloorifício,po quesaipeloorifício,pode-seescreve de-seescreve r: AR.dhCQ.A. AR.dhCQ.A.2gh.dt 2gh.dt ...(1.13) Portanto, A.dh A.dh R R dt dt ...(1.14) CQ.A.2g CQ.A.2gh h Integrandoentreosníveisinicialefinal(h Integrandoentreosn íveisinicialefinal(heh) eh) ,tem-se: 1 1 2 A Ah21 h21 tR tRh2 h2 .dh...(1.15) C.A.2g C.A.2gh1 h1 Q Q 2A 2A1 1 1 tR tRh2 h2 h2 1 1 2...(1.16)
CQ.A.2g CQ.A.2g 2.BOCAIS 2.1.Definição:sãopeçastubularesadaptadasaosorif 2.1.Definição:sãopeçastub ularesadaptadasaosorifícioscomafinalid ícioscomafinalid adededirigirojato. 2.2.Classificação: a)Bocal–peçacom a)Bocal–peçacomcomprimentoentre1,5a comprimentoentre1,5a5vezesodiâme 5vezesodiâme trodoorifício. b)Tubocurto–peçacomcomprimentode5a b)Tubocurto–peç acomcomprimentode5a100vezesod 100vezesod iâmetrodoorifício. c)Canalização–pe c)Canalização–peçacomcomprimentosuperi çacomcomprimentosuperiora100vezeso ora100vezeso diâmetro. HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 3 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com -----------------------Page4----------------------OrifíciosBocaiseVertedores Osbocaispodemserclassificadoscomo:cilíndric Osbocaispodemserclas sificadoscomo:cilíndricosexternos osexternos ,cilíndricosinternos,cônicos convergentesecônicosdivergentes. 2.3.Vazão Valeamesmafórmuladosorifícios: ‘QCQ.A.2gh ‘ QCQ.A.2gh ...2.1 2.4.BocalCilíndricoExterno Nãoapresentaáreades Nãoapresentaáreadeseçãocontraída(Cc eçãocontraída(Cc =1); Temperdadecargamaio Temperdadecargamaiorqueum rqueum orifíciodeiguaisdimensões; Cv=0,82; CQ=0,82(maior CQ=0,82(maiorquedo quedo orifício:0,62.Éoparadoxodobocal, solucionadoporVenturi) solucionadoporVenturi); ; Fig.2.1–Bocalexterno 2.5.BocalCilíndricoInterno 2.5.B ocalCilíndricoInternoouBocaldeBorda ouBocaldeBorda D Distribuiçãodepressõesn istribuiçãodepressõesnaparedeéhidros aparedeéhidros tática; Jatoestável;
Cc=0,52; CQ=0,51; Fig.2.2-Bocalinterno 2.6.BocalCônicoConvergente Bocalcônicoaument Bocalcônicoaumentaavazão; aavazão; 0 Vazãomáximaparaq Vazãomáximaparaq=1330’; =1330’; C=0,94; C=0,94; Q CQvariacomoângu CQvariacomoângulodeconve lodeconve rgênciadobocal. Fig.2.3–Bocalcônicoconvergente 2.7.BocalCônicoDivergente Qaumentacomq,condicionadaaonãodescolamentodoj Qaumentacomq,condicionada aonãodescolamentodojatodaspar atodaspar edesdobocal; VenturiencontrouQmáxpara Ventu riencontrouQmáxparaq=50paraL=9D. q=50paraL=9D. Fig. Fig.2.4–Bocal 2.4–Bocal cônicodivergente HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 4 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com -----------------------Page5----------------------OrifíciosBocaiseVertedores 3.VERTEDORES 3.1.Definição:sãoparedes,diquesouobstruçõessob 3.1.Definição:sãoparedes, diquesouobstruçõessobreaqualolíquidoe reaqualolíquidoe scoaouverte.Podem serdefinid serdefinidos,também,comoorifício os,também,comoorifíciossemaborda ssemaborda superior. 3.2.Utilidades:medidoresdevazão,descarregadores 3.2.Utilidades:medidoresd evazão,descarregadoresdereservatór dereservatór ios,controladoresdevazão. 3.3.Classificação: a)Quantoàforma:retangular,triangular,trape a)Quantoàforma:reta ngular,triangular,trapezoidal,cir zoidal,cir cular,parabólico,etc... b)Quantoàespessuradaparede: b.1)VertedoresdeS b.1)VertedoresdeSoleiraDelgada–contato oleiraDelgada–contatolâmina/líquido lâmina/líquido sedáporumalinha; b.2)VertedoresdeS b.2)VertedoresdeSoleiraEspessa–contato oleiraEspessa–contatolâmina/líquido lâmina/líquido
sedáporumasuperfície. c)Quantoàlargura: c.1)Semcontrações c.1)Semcontraçõeslaterais(L=B); laterais(L=B); c.2)Comcontrações c.2)Comcontraçõeslaterais(L<B). laterais(L<B). 3.4.VertedorRetangulardeParedeDelgada Fórmulade FórmuladeFrancis Francis 3 Q Q 1,84.L.H2...(3.1) Havendoco Havendocontrações: ntrações: - -Umacon Umacon tração:L L0,1H...(3.2) - -Duasco Duasco ntrações:L L0,2H...(3.3) - Fig.3.1–Vertedorretangular 3.5.VertedorTriangulardeParedeDelgada Precisãomaior Precisãomaiorqueoreta queoreta ngularparavazõespequenas; 0 Ângulodecons Ângulodeconstruçãousual:9 truçãousual:9 0; FórmuladeTho FórmuladeThomson: mson: 5 5 Q1,4 Q1,4.H2 .H2 ...(3.4) Fig.3.2–Vertedortriangular 3.6.VertedorTrapezoidaldeCipolletti Inclinação4:1para Inclinação4:1paracompensaroefeitodasc compensaroefeitodascontraçõeslaterai ontraçõeslaterai s; Qigualadeumver Qigualadeumvertedorretangulardeigual tedorretangulardeiguallargura. largura. HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 5 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com -----------------------Page6----------------------OrifíciosBocaiseVertedores
3.7.VertedorRetangularde 3.7. VertedorRetangulardeSoleiraEspessa SoleiraEspessa Filete Filetesparalel sparalel ossobreovertedor; Fórmul Fórmulapodeser apodeser obtidaanaliticamente; Fórmul FórmuladeBélanger adeBélanger : Q0,385.L.H.2gH...(3.5) Fig.3.3-Vertedordesoleiraespessa 3.8.VertedordePerfilNormal Sãoobtidospreenchendo-se,commate Sãoobtidosp reenchendo-se,commaterialsólido rialsólido –concreto-aparteinferiordo perfilvertente; Objetivo:pressãosobretodosos Objetivo:pres sãosobretodosospontosd pontosd asuasuperfíciesejaigualàpressão atmosférica; Perfismaiscomu Perfismaiscomuns:CreagereScimeni; ns:CreagereScimeni; Perfilteórico: Perfilteórico:perfillemniscata. perfillemniscata. Fórmulagenérica: 3 3 Q2,2.L.H2 Q2,2.L.H2 ...(3.6) Fig.3.4.Perfisnormai Fig.3.4.Perfisnormais(Creage s(Creage reScimeni) HidráulicadeCondutosLivres HidráulicadeCondutosLivres 6 PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionwww.pdffactory.com