Hidraulica esperimental - orificios e bocais

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Universidade de Brasília - UnB
Faculdade de Tecnologia - FT
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - ENC
Disciplina: Hidráulica Experimental (169579) – Turma C
Professor: Lúcio Eduardo Lima de Souza

Experimento 1
Orifícios e Bocais
Realização do Experimento: 6 de Abril de 2011

Alunos: Gleidson Lustosa – Mat.:
Guilherme Claro – Mat.: 07/02331
Luís Gustavo Vasques –Mat.: 05/35974
Paulo Henrique Alves dos Anjos – Mat.: 10/03798
1 – Resumo Teórico
Orifícios e bocais possuem diversas aplicações, tais como, o esvaziamento de reservatórios, bocais especiais para combate a incêndios, medição de vazão, fontes para abastecimento público de água, entre outros.
Orifícios são perfurações, de forma geométrica conhecida, feitas abaixo da superfície livre dolíquido em paredes de reservatórios, tanques, canais ou tubulações, com a finalidade de controlar e medir a vazão. São classificados quanto a: Forma geométrica (retangular, circular, etc.); Dimensões relativas, que é a relação do diâmetro do orifício e a profundidade; e a Natureza da parede, podendo ser espessa ou delgada, dependendo se a veia líquida toca completamente, ou não, a parede doreservatório.
Como as partículas não podem mudar bruscamente de direção, o jato do fluido é obrigado a contrair-se um pouco além do orifício (parede delgada), ou até mesmo dentro do mesmo (parede espessa), onde as linhas de corrente (linhas tangentes aos vetores velocidades de diferentes partículas no mesmo instante) serão paralelas e retilíneas. A esta seção, denomina-se Vena Contracta (figura 1).
Bocaissão peças tubulares adaptadas aos orifícios com a finalidade de dirigir o jato. Trata-se de uma peça com comprimento entre 1,5 a 5 vezes o diâmetro do orifício, e que pode ser classificado como: cilíndricos externos, cilíndricos internos, cônicos convergentes e cônicos divergentes. A vena contracta, nos bocais, ocorre assim como nos orifícios de parede espessa.
As velocidades reais e teóricas, nasaída de um reservatório, podem ser obtidas por meio de um Tubo de Pitot e da Carga (nível d’água), respectivamente. A velocidade real é menor do que a teórica devido à viscosidade e ao atrito externo. A velocidade real pode ser dada por (Eq.1) e a teórica por (Eq.2) .
O coeficiente de velocidade (Cv) é a relação entre as duas velocidades: (Eq. 3). Pode-se obter a equação que fornece o valor deCv para cada ponto da trajetória do jato. Para isso, considera-se a equação para queda livre:
(Eq. 4) , onde é a variação de altura, V0 é a velocidade inicial (igual a zero – Ponto de referência), g é a aceleração da gravidade e t é o tempo. E ainda, (Eq.5), onde é a variação de espaço, v é velocidade na direção x. Fazendo a substituição de t da eq. 3 na eq. 2, temos: , que resolvendo nos fornece:(Eq. 6) , sendo que o sinal negativo é suprimido pelos valores negativos de y, com relação à referência.
Temos então que a eq. 3 fica, substituindo as equações 2 e 6: .
Isolando y nesta equação, podemos chegar a equação da parábola:
(Eq. 7)
O fenômeno da inversão do jato consiste na alteração da forma dos jatos, que passam por sucessivos estágios a partir da seção contraída (figura 2).Figura 01: Seção contraída em Orifícios (Sup. Esq.) e Bocais.

Figura 02: Inversão do Jato para diversas formas de seção.
2. Descrição do Experimento/Planilha de Dados

2.1 – Aparatos Experimentais

* Bancada múltipla C5 Armfield
* Orifício de parede delgada
* Bocal cônico convergente
* Paquímetro
* Cronômetro
* Tubo de Pitot

2.2 – Procedimento

Inicialmente,foram apresentados alguns tipos de orifícios e bocais, sendo selecionados o orifício de parede delgada e o bocal cônico convergente. Para ambos, mediram-se os diâmetros de entrada e saída (com o auxílio de um paquímetro), sendo que no orifício é o mesmo.
Na primeira parte, utilizou-se o orifício, acoplando-o à saída do reservatório. A bomba d’água foi então acionada e o registro de entrada...
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