Bocais,vertedouros eorificios

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ESTUDO DOS ORIFÍCIOS, BOCAIS E VERTEDORES
Introdução: • Fundamento teórico simples acompanhado de resultados experimentais

I. - Orifícios:
São aberturas de forma geométrica definida, executadas nas paredes de um reservatório, canal ou tanque. Quando a abertura chega até à superfície livre do líquido, que escoa em um canal, tem-se um vertedor.

Orifício

Vertedor

I.1 - Classificaçãodos orifícios: • Quanto à forma: circulares, triangulares, retangulares, etc. • Quanto às dimensões relativas: Grandes => d > h/3 Ac - seção contraída Pequenos => d < h/3 • Quanto à espessura da parede: e Em parede delgada => e < 0,5 d
(o jato toca somente o perímetro interno do orifício);
d

h

d

Vr

e d

e

L d

Em parede espessa => 0,5 d < e < 1,5 d
(o jato adere-se aointerior da parede);

Bocal padrão => 2d < L < 3d

parede delgada parede espessa

Bocal

I.2 - Orifícios pequenos em paredes delgadas: h => carga do orifício Vr => velocidade de fluido real Vt => velocidade de fluido ideal Cv => coeficiente de velocidade; Cv = 0,97 a 0,985 A0 => área do orifício Ac => área da seção contraída; Ac = Cc.A0 Cc => coeficiente de contração; Cc = 0,62 a 0,64 Qt =>vazão de fluido ideal Q => vazão de fluido real; Q = Cd.Qt Cd => coeficiente de descarga ou vazão Cd = Cc.Cv => Cd = 0,61 a 0,62 I.3 - Orifícios afogados: Coeficientes aproximadamente iguais aos correspondentes dos orifícios com descarga livre. I.4 - Orifícios de grandes dimensões:

1 h 2

Vr= Cv Vr

2gh
x

y

Q = Cd . Qt = Cd . A0 . 2gh

1 h1 2

h h2

Q= Cd .Qt = Cd .A0. 2gh
h2 hh1

Como a velocidade v dos filetes que atravessam o orifício varia com a carga h, admite-se o grande orifício como sendo composto por faixas de altura infinitesimal.

v
L
3 3

dh

2 h 2 − h1 2 Integrando-se a vazão para toda a seção do orifício, obtém-se: Q = .Cd.A0. 2g. 2 3 h2 − h1

I.5 - Perda de carga através dos orifícios: É igual à diferença entre a carga cinética relativa aofluido ideal e aquela relativa ao fluido real em escoamento.

V t Vr = − hp 2g 2g

2

2

1  Vr2 ou h p =  2 − 1  Cv  2g  

I.6 - Contração incompleta da veia líquida: A contração completa da veia líquida só ocorre para orifícios centralizados ou que ocupem posição a uma distância mínima de duas vezes a sua menor dimensão das paredes laterais ou do fundo dos reservatórios. Paracontração incompleta, o coeficiente de descarga do orifício deve ser corrigido: • orifícios retangulares: C’d = Cd. (1 + 0,15. k)
supressão k = perímetro da parte em que háorifício perímetro total do

I.7 - Esvaziamento de reservatórios: Num intervalo de tempo dt, o volume escoado é:

dVol = Q.dt = -Ah.dh

Substituindo-se Q, como vazão de um pequeno orifício, e integrando-se da carga inicialh1 à carga final h2, vem, para o intervalo de tempo 2 Ah para esvaziamento parcial em reservatório cilíndrico: ∆t = h1 − h 2

Cd . A0

( . 2g

)

I.8 - Aplicação importante - medidor de vazão de placa de orifício: Como um medidor de vazão em condutos forçados, emprega-se a placa de orifício ou diafragma:

Q = Cd E β A
Sendo:
∆h

2

2.∆p ρ

β=

1 d ; E= D 1- β4

II. -Bocais:
Os bocais são tubos que se adaptam a orifícios executados nas paredes ou no fundo de reservatórios. O escoamento através destes dispositivos tem o mesmo fundamento teórico do escoamento através dos orifícios. II.1 – Bocais típicos:

Cilíndrico Externo

Cilíndrico Interno

Cônico Convergente

Cônico Divergente

II. - Bocais: A seguir, apresentam-se os valores médios dos coeficientespara os diversos tipos de bocais:
TIPO Cilíndrico interno: 0,5.d < L < d 2,0.d < L < 3,0.d Cilíndrico externo: 2,0.d < L < 3,0.d Cônico convergente: L = 2,5.d θ ótm.= 130 30’ Cônico divergente: L = 9,0.d θ ótm.= 50 5’ 1,0 0,82 0,82 Cc 0,51 a 0,52 1,0 Cv 0,98 0,75 Cd 0,5 a 0,51 0,75

-

-

0,947

1,0

-

1,40

COMPORTA DE FUNDO PLANA

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