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
Classificao dos Orifcios
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
Classificao dos Orifcios
Segundo o tipo de contrao do jato efluente:
Total
Parcial
Figura 6: Contrao total do jato efluente
Figura 7: Contrao parcial do jato efluente
Classificao dos Orifcios
Segundo as dimenses relativas carga:
Pequenos: d/H
Figura 8: Orifcio com jato livre
Classificao dos Orifcios
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
Orifcios de Parede Delgada
Figura 11: Escoamento atravs de
orifcio no fundo de reservatrio
Vazo escoada por orifcios de pequenas dimenses:
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
Orifcios de Parede Delgada
Figura 11: Escoamento atravs de
orifcio no fundo de reservatrio
Vazo escoada por orifcios de pequenas dimenses:
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.
Orifcios de Parede Delgada
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
Orifcios de Parede Delgada
Vazo escoada por orifcios total ou parcialmente submersos:
Figura 14: Orifcio totalmente submerso
Onde:21 HHH
Figura 15: Orifcio parcialmente submerso
gHSCQ OQ 2
Orifcios de Parede Delgada
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(
Escoamento a nvel varivel atravs de orifcios
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
Escoamento a nvel varivel atravs de orifcios
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
Vertedores Retangulares de Parede Delgada sem Contraes
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)
Vertedores Retangulares de Parede Delgada sem Contraes
Valores do Coeficiente de Vazo CD:
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
Vertedores Retangulares de Parede Delgada sem Contraes
Valores do Coeficiente de Vazo CD:
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
Vertedores Retangulares de Parede Delgada sem Contraes
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
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