ESTUDO DOS ORIFCIOS, BOCAIS E VERTEDORESIntroduo: Fundamento terico simples acompanhado de resultados experimentaisI. - Orifcios:So aberturas de forma geomtrica definida,executadas nas paredes de um reservatrio, canal outanque.I.1 - Classificao dos orifcios: Quanto forma: circulares, triangulares, retangulares, etc. Quanto s dimenses relativas:Grandes=>d > h/3Pequenos =>d < h/3 Quanto espessura da parede:VertedorOrifcioVrhdparede espessaAc- seo contradaeddeparede delgadaedBocalLEm parede delgada => e < 0,5 d(o jato toca somente o permetro interno do orifcio);Em parede espessa => 0,5 d < e < 1,5 d(o jato adere-se ao interior da parede);Bocal padro=>2d < L < 3dQuando a abertura chega at superfcie livre dolquido, que escoa em um canal, tem-se um vertedor.Vr= Cv2ghQ= C C A. 2ghd d 0. .tQ=I.2 - Orifcios pequenos em paredes delgadas:I.3 - Orifcios afogados:Coeficientes aproximadamente iguais aos correspondentes dos orifcios com descarga livre.Q=C CA . 2ghd d 0. .tQ =I.4 - Orifcios de grandes dimenses:Comoavelocidade vdosfiletesqueatravessamoorifciovariacomacarga h, admite-seograndeorifciocomosendocomposto por faixas de altura infinitesimal.Integrando-se a vazo para toda a seo do orifcio, obtm-se:h hh h. 2g .A.C.32= Q1 21 20 d2323h2h112hLdhvhh1h2h=> carga do orifcioVr=> velocidade de fluido realVt => velocidade de fluido idealCv => coeficiente de velocidade;Cv= 0,97 a 0,985A0 => rea do orifcioAc=> rea da seo contrada; Ac = Cc.A0Cc => coeficiente de contrao; Cc= 0,62 a 0,64Qt => vazo de fluido ideal Q => vazo de fluido real; Q = Cd.QtCd => coeficiente de descarga ou vazoCd = Cc.Cv=> Cd= 0,61 a 0,62xyVrh12I.7 - Esvaziamento de reservatrios:Num intervalo de tempo dt, o volume escoado : dVol = Q.dt = -Ah.dhSubstituindo-se Q, como vazo de um pequeno orifcio, e integrando-se da cargainicial h1 carga final h2, vem, para o intervalo de tempopara esvaziamento parcial em reservatrio cilndrico:I.6 - Contrao incompleta da veia lquida:A contrao completa da veia lquida s ocorre para orifcios centralizados ou queocupem posio a uma distncia mnima de duas vezes a sua menor dimenso das paredeslaterais ou do fundo dos reservatrios.Para contrao incompleta, o coeficiente de descarga do orifcio deve ser corrigido: orifcios retangulares:Cd= Cd. (1 + 0,15. k) I.5 - Perda de carga atravs dos orifcios: igual diferena entre a carga cintica relativa ao fluido ideal e aquela relativaao fluido real em escoamento.2gV1C1hou 2gV2gVh2r2vp2r2tp|||

\| = == kpermetro da parte em que h supressopermetro total do orifcio( )h h2g .A.CA2= t2 10 dh I.8 - Aplicao importante - medidor de vazo de placa de orifcio:Como um medidor de vazo em condutos forados, emprega-se a placa de orifcio ou diafragma:p 2.A ECQ2d=h - 11E ;Dd4= =Sendo:II. - Bocais:Os bocais so tubos que se adaptam a orifcios executados nas paredes ou no fundode reservatrios. O escoamento atravs destes dispositivos tem o mesmo fundamentoterico do escoamento atravs dos orifcios.II.1 Bocais tpicos:Cilndrico ExternoCilndrico InternoCnico Convergente Cnico DivergenteII. - Bocais:A seguir, apresentam-se os valores mdios dos coeficientes para os diversos tiposde bocais:TIPO CcCvCd Cilndrico interno: 0,5.d < L < d 2,0.d < L < 3,0.d 0,51 a 0,52 1,0 0,98 0,75 0,5 a 0,51 0,75 Cilndrico externo: 2,0.d < L < 3,0.d 1,0 0,82 0,82 Cnico convergente: L = 2,5.d tm.= 130 30 - - 0,947 Cnico divergente: L = 9,0.d tm.= 50 5 1,0 - 1,40 COMPORTADE FUNDO PLANACOMPORTADE FUNDO PLANADescarga livre:Descarga afogada:Condio para a descarga livre:ESTUDO DOS ORIFCIOSProbl. 12.6:Umreservatriodeseoquadradade1,0mdeladopossuiumorifciocircular de parede fina de 2,0 cm2de rea, com coeficiente de velocidade igual a 0,97 ecoeficiente de contrao igual a 0,63, situado 2,0 m acima do piso, conforme a figuraabaixo. Inicialmente, comumavazodealimentao Qeconstante, onvel dguanoreservatrio mantm-se estvel na cota 4,0 m.x = ?4,0 mQe2,0 m0,0 mNestas condies, determine:a) a vazo Qe;b) a perda de carga no orifcio;c) a distncia x da vertical passando na sada do orifcio at o ponto onde o jato tocao solo (alcance do jato);d) Interrompendo-se bruscamente a alimentao, Qe = 0, no instante t = 0, determinaro tempo necessrio para o nvel dgua no reservatrio baixar at a cota 3,0 m.II. - Vertedores:Os vertedores so aberturas executadas na borda superior de paredes transversais de canais e tm, portanto, o mesmo fundamento terico dos orifcios de grandes dimenses.HLBsoleira oucristaHPPlminavertenteV0II.1 - Classificao dos Vertedores: Quanto forma: simples - retangulares, triangulares, trapezoidais;compostos - formas simples combinadas; Quanto altura relativa da soleira:livres (P > P);afogados (P < P); Quanto espessura da parede: parede delgada (contato linear lmina-soleira);parede espessa (e > 2H/3); Quanto largura relativa da soleira: sem contraes laterais (L = B);com uma ou duas contraes laterais (L < B).H1,838.L.H. 2g .L.C.32Q2323d =II.2 - Vertedor retangular, descarga livre, sem contraes laterais e parede delgada:Francis Du BuatDa equao dos orifcios de grandes dimenses, tem-se para a vazo no vertedorretangular de parede delgada sem contraes laterais:II.2.1 - Vertedor retangular:Considerando-se a velocidade de aproximao V0, a expresso da vazo realpassa a escrever-se como:( )( )( )H.L.P + HH.C1+ 1. 2g .C.32QWeisbach .......2gV.2gV. + H. 2g .L.C.32Q3/2223/2d023/2023/2d||

\|=(((

=II.2.2 - Coeficiente de descarga:Da Anlise Dimensional, demonstra-se que o coeficiente de descarga Cd funodo Nmero de Weber (influncia da tenso superficial - lminas pequenas), doNmero de Reynolds (influncia da viscosidade do fluido) e, principalmente, darelao H/P Para: H/P = 2,0 => Cd = 0,75; H/P = 0,10 => Cd = 0,62II.2.3 - Vertedor retangular de descarga livre, com contrao lateral e parede delgada:Francis props a seguinte correo levando em considerao a largura efetiva do vertedor:Q = 1,838. (L - 0,1.n.H). H3/2=> n = 1 ou 2 contraes laterais Rehbock: Cd= 0,605 + 1/1000H + 0,08.H/P ; preciso = 0,5 %=> 0,10m < P < 1,0m;0,024m < H < 0,60m( ) ( )( )H.L.P + HH0,26. + 1 1,838. =2gV2gV+ H 1,838.L. Q3/2223/223/223/2||

\|(((

=II.3 - Vertedor retangular - Frmulas Prticas: Francis (1909): Cd= 0,62 USBR (1967) - Vertedor padronizado:Q = 1,8385. (L - 0,2.H) . H3/2a >=3HHL>=3Hsoleira oucristaP>=3HBPara = 900: - Thompson => Q = 1,4.H5/2- USBR (1967)- Vertedor padronizado: Q = 1,3424. H2,48II.5 - Vertedor Trapezoidal:H.2.tg 2g .C.158Q25d=HP>=2Hs >=2H14BH P>=3Hs >=3HBII.4 - Vertedor triangular:Admitindo-se uma faixa elementar como um orifcio pequeno de altura dh, obtm-separatodaareatriangularaexpressodavazoparaovertedor triangularcomngulo no vrtice (figura):- Vertedor Cipolletti (1H:4V): Q = 1,86.L.H3/2- USBR (1967)- Vertedor padronizado: Q = 1,8589. L.H3/2II.6 - Vertedor Retangular de Parede Espessa:Desde que:P Pc= E- Ec ,o degrau corresponde a um vertedor de parede espessa medidor de vazo de regime crtico.A vazo terica (fluido ideal), desprezando-se a carga cintica de aproximao:Qt= 1,705. L . H3/2Considerando-se o atrito na soleira, a vazo real, segundo Lesbros, ser:Q = 1,550. L . H3/2HPEc=3yc/2V0V02/2gxyHdII.7 - Vertedor Extravasor (Overflow Spillway)A vazo pode ser avaliada pela equaoaproximada:Q = 2,2.L.Hd3/2Perfil Creager:Tabela das coordenadas (x,y) do perfil (soleira normal) relativas a Hd = 1,0m. ParaHd 1,0m, as coordenadas do correspondente perfil so multiplicadas pelo valor de Hd.Perfis WES (USA):O perfil do vertedor pode ser traado em funo da inclinao do paramento demontante, a partir de equaes do tipo:y/Hd= K.(x/Hd)nNa parede de um reservatrio, mostrado esquematicamente na figura, h um orifciodeparedefinaepequenasdimenses, quadradode10cmdelado, coeficientededescarga Cd = 0,61 e um vertedor triangular com ngulo de abertura de 90o. Com osdados da figura, determine a mxima vazo descarregada, quando o vertedor estiver naiminncia de entrar em operao, e a cota do nvel dgua no reservatrio, quando avazo total vertida for igual a 47,0 L/s.ESTUDO DOS ORIFCIOS, BOCAIS E VERTEDORESAplicaes:0.10m0.10m100.00100.10100.50N.A.0.50mNainstalaomostradanafigura, osnveisdguaencontram-seemequilbrio, overtedorretangular, de soleira fina, com duas contraes laterais, largura da soleira L = 0,80 m, altura dasoleira P = 1,0 m e carga h = 0,15 m, e a comporta, plana e vertical, tem largura Lc = 0,30 m eaberturab=0,10m, descarregandolivremente. Considerando-seacomportacomoumorifciopequeno, deparededelgada, instaladojuntoaofundodoreservatrio, quetemseohorizontalquadrada com 2,0 m de lado, pede-se determinar:a)aaltura yamontantedacomporta, desprezando-seoefeitodecontraoincompletadaveialquida (Cd = 0,61); b) a altura y a montante da comporta, considerando-se o efeito de contraoincompleta da veia lquida (Cd); c) o tempo de esvaziamento do reservatrio, emcaso deinterrupo instantnea da alimentao do sistema, desde o nvel de equilbrio at a passagem donvel dgua pela altura correspondente a y/3, considerando-se a condio do item a.ESTUDO DOS ORIFCIOS, BOCAIS E VERTEDORESAplicaes:( )( )( )H1,5503L Q ;H1,7049L Q ;H1,3424 Q ;PH0,081000H10,605C;H1,4 Q ;H0,1nH - L 1,838 Q ;2gV2gVH1,838L Q ;HL 2gC32Q;h h2gA CA2t .dh;AQ.dt ;orifcio do total permetrosupresso h que em permetro do parteK0,15K); (1C C;2gV1C1h;V A CQ2323t2,48d252322322323d2 10 dRrd'd22vp t o d= = = + + == =((((

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\|ESTUDO DOS ORIFCIOS, BOCAIS E VERTEDORESFormulrio: