Cap 3 e 4 Orificios e Vertedores

3 - Orifcios e Bocais

Departamento de Engenharia Civil

Hidrulica II

Prof. Dr. Doalcey Antunes Ramos

Fonte: FCTH - USP

Figura 1: Orifcio Figura 2: Bocal

Orifcio de parede delgada: L/d < 0,5

Orifcio de parede espessa: 0,5 < L/d < 1,5

Bocal: 1,5 < L/d < 5

Tubo curto: 5 < L/d < 100

Encanamento: L/d > 100

Classificao dos Orifcios

Segundo a forma geomtrica da abertura praticada na parede do reservatrio:

Circulares

Retangulares

Quadrados

Outros...

Segundo a posio do plano que contm sua seo transversal:

Horizontais

Inclinados

Verticais

Segundo a variabilidade da carga com o tempo:

Permanente: carga constante no tempo

Transitrio: carga varivel no tempo


Segundo a espessura da parede na qual se pratica a abertura:

Orifcio de parede delgada: e < 0,5 d

Orifcio de parede espessa: 0,5 d < e < 1,5 d

Figura 4: Orifcio de parede delgada Figura 5: Orifcio de parede espessa


Segundo o tipo de contrao do jato efluente:

Total

Parcial

Figura 6: Contrao total do jato efluente

Figura 7: Contrao parcial do jato efluente


Segundo as dimenses relativas carga:

Pequenos: d/H

Figura 8: Orifcio com jato livre


Segundo a presso do jato efluente:

Livre

Parcialmente submerso

Totalmente submerso

Figura 9: Orifcio com jato parcialmente submerso

Figura 10: Orifcio com jato totalmente submerso

Orifcios de Parede Delgada

Figura 11: Escoamento atravs de

orifcio no fundo de reservatrio

Vazo escoada por orifcios de pequenas dimenses:

CCC

C hg

Vpz

g

Vpz 1

22

111

22

g

VKh CC

2

2

1 )1(

2

K

gHVC

VCK )1( gHCV VC 2





gHCV VC 2

Velocidade terica: gHVt 2

Velocidade real:

Coeficiente de Velocidade:

gH

V

V

VC R

t

RV

2

Perda de carga no orifcio: HCgVCCh VRVVC )1())2/()/)1((2222

1





RC VSQ

Coeficiente de Contrao:O

CC

S

SC

ROC VSCQ gHSCCQ OCV 2

Coeficiente de Vazo:CVQ CCC

gHSCQ OQ 2

Figura 12: Variao dos coeficientes do orifcio de seo circular com o nmero de Reynolds

CV aumenta com o crescimento de , devido reduo das perdas devidas viscosidade;

CC diminui com o crescimento de , devido diminuio da frenagem dolquido nos bordos do orifcio e aumento do raio de curvatura dos filetes entre oorifcio e a seo contrada, devido maior inrcia;

Para valores de > 105, os valores assintticos tendem aos do lquido perfeito:

CV 1; CC 0,6; CQ 0,6

Quando for muito reduzido h predominncia da viscosidade e a contrao se anula.


Vazo escoada por orifcios de grandes dimenses:

Figura 13: Orifcio de grandes dimenses

ygdyxCdQ Q 2

2

1

)(2H

HQ dyyyfgCQ

No caso particular de orifcio retangular de base b:

2323 1223

2HHgbCQ Q


Vazo escoada por orifcios total ou parcialmente submersos:

Figura 14: Orifcio totalmente submerso

Onde:21 HHH

Figura 15: Orifcio parcialmente submerso

gHSCQ OQ 2


Configurao longitudinal da veia lquida:

Figura 16: Jato a partir de um orifcio vertical

g

VL

2sen2

Figura 17: Alcance de um jato

yH

xCV

1

2

Orifcios de Parede Espessa

Figura 18: Orifcio de parede espessa de bordos arredondados

98,0QC

Orifcios com contrao parcial do jato

Figura 19: Contrao parcial do jato

kCC QQ 15,01*

k = permetro da parte sem contrao / permetro total

Adufas

Figura 20: Escoamento sob a comporta de uma adufa

ghelQ 270,0 Comporta vertical

ghelQ 274,0

ghelQ 280,0

Comporta inclinada 1H:2V

Comporta inclinada 1H:1V

Bocais

Figura 21: Bocal Cilndrico Externo

gHSQ 282,0

Bocais

Figura 22: Bocal Cilndrico Interno ou de Borda

gHSQ 250,0

Escoamento a nvel varivel atravs de orifcios

Figura 23: Esvaziamento de um

reservatrio atravs de um orifcio

Caso Geral:

dHSdtQQ LA )(

dHSdtQgHSC LAQ )2(

dHQgHSC

St

H

H AQ

L

1

2)2(


Caso Particular: Reservatrio no alimentado (QA nulo)

dHHC

S

gSt

H

H Q

L

1

22

1

Caso Particular: Reservatrio prismtico ou cilndrico (SL constante)

1

22

H

HQ

L

H

dH

gSC

St

21(2

2HH

gSC

St

Q

L


Tempo de esvaziamento total de reservatrio

1

1

2

2

gHSC

HST

Q

L

4 - Vertedores

Departamento de Engenharia Civil

Hidrulica II

Prof. Dr. Doalcey Antunes Ramos

Referncia:

Paolo Lafredini, FCTH USPRodrigo Melo Porto, EESC, USP

Figura 1: Vertedor na parede de um reservatrio

Vertedor ou descarregador o dispositivo utilizado paramedir e/ou controlar a vazo em escoamento por um

canal.

Pode ser considerado como um orifcio incompleto,desprovido de borda superior, sobre o qual a gua escoa

livremente.

So utilizados largamente como medidores de vazo noscanais e extravasores de barragens.

Nomenclatura

Crista ou soleira: a parte superior da parede em que h contato com almina vertente.

Carga sobre a soleira: a diferena de cota entre o nvel d`gua a montante,em uma regio fora da curvatura da lmina em que a distribuio de presso hidrosttica, e o nvel da soleira.

Altura do vertedor: a diferena de cotas entre a soleira e o fundo do canal de chegada.

Largura da soleira: a dimenso da soleira atravs da qual h o escoamento

Figura 2: Escoamento sobre um vertedorFigura 1: Vertedor na parede de um reservatrio

Classificao

Segundo a forma geomtrica da abertura:

Figura 3: Classificao dos vertedores quanto forma geomtrica da abertura

Classificao

Segundo posio em planta:

Figura 4: Classificao dos vertedores quanto posio em planta

Figura 5: Sem contrao lateral

Classificao

Segundo largura relativa da soleira:

Figura 6: Com contrao lateral

Figura 7: Parede delgada (e < 2/3H)

Classificao

Segundo natureza da parede:

Figura 8: Parede espessa (e > 2/3H)

Figura 9: Lmina aderente

Classificao

Segundo natureza da lmina vertente:

Figura 10: Lmina deprimida Figura 11: Lmina livre

Figura 12: Lmina afogada inferiormente Figura 13: Lmina afogada

Vertedores Retangulares de Parede Delgada sem Contraes

A expresso da vazo vertida por um vertedorretangular de parede delgada pode ser obtidaatravs da equao referente ao orifcio

retangular de grandes dimenses com H1=0 eH2=H.

Portanto:

2323 1223

2HHgbCQ D

23

23

2HgbCQ D


Valores do Coeficiente de Vazo CD:

HP

HCD

1000

108,0605,0

Frmula de Rehbock (1912):

(0,25 < H < 0,80 m; P > 0,30 m e H < P)

Frmula de Rehbock (1929):

23

0011,01

0011,00813,06035,0

HP

HCD

(0,03 < H < 0,75 m; b > 0,30 m; P > 0,30 m e H < P)



2

26,01615,0PH

HCD

Frmula de Francis (1905):

(0,25 < H < 0,80 m; P > 0,30 m e H < P)

Para P/H > 3,5, CD = 0,623, logo:

23

838,1 HbQ



Frmula de Bazin (1889):

2

55,010045.0

6075,0Ph

H

HCD

(0,08 < H < 0,50 m; 0,20 < P < 2,0 m)

Frmula de Kindsvater e Carter (1957):

P

HCD 075,0602,0

(0,03 < H < 0,21 m; 0,10 < P < 0,45 m)

Utiliza-se um b= b - 0,001 e H = H 0,001


Influncia da contrao lateral: utiliza-se uma largura fictcia b*

Contrao numa s face:

Hbb 1,0*

Contrao nas duas faces:

Hbb 2,0*

Vertedores Triangulares de Parede Delgada

Figura 14: Vertedor Triangular

252

tan215

8HgCQ D

Vertedores Triangulares de Parede Delgada

Frmula de Thomson

(0,05 < H < 0,38 m; P > 3 H e L < 6 H)

25

40,1 HQ

Para = 90o

Frmula de Gouley e Grimp

48,232,1 HQ

(0,05 < H < 0,38 m; P > 3 H e L < 6 H)

Vertedores Trapezoidais de Parede Delgada tipo Cipoletti

Figura 15: Vertedor Cipoletti

23861,1 HbQ (0,08 < H < 0,60 m; P > 3 H; a > 2 H; b > 3 H; largura do canal de 30 a 60 H)

4

(0,05 < H < 0,38 m; P > 3 H e L < 6 H)

1

a

Vertedores de Parede Espessa Horizontal

Figura 16: Vertedor de Parede Espessa Retangular de Belanger

gHHbCQ D 2385,0

Cap 3 e 4 Orificios e Vertedores

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