Top em FT e Hidraulica Orificios e vertedores

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Top. Em FT e Hidráulica
Prof. Me Moacir F. Tetila
Orifícios, tubos curtos e vertedores
Estudo se faz com base teórica simples + investigação experimental;
Importância na Engenharia:
Estruturas hidráulicas
Projetos de irrigação;
Bacias de detenção e controle de cheias;
Mediação de vazão de efluentes e cursos d`água.
ORIFÍCIOS E BOCAIS
O que são?
São aberturas de perímetro fechado e forma geométrica definida, feitas abaixo da superfície livre da água.
Onde são usados?
Em paredes de reservatórios, de pequenos tanques, canais ou canalizações.
Para que servem?
	Para medir e controlar a vazão.
Classificação em relação à carga
Pequenos						
d
h
Grandes					
d
h
Classificação em relação à espessura
Parede fina ou delgada 
A veia líquida toca apenas a face interna da parede do reservatório.
Parede grossa ou espessa
O jato toca quase toda a parede do reservatório 
SEÇÃO CONTRAÍDA
As partículas fluidas afluem ao orifício, vindas de todas as direções, em trajetórias curvilíneas.
Ao atravessarem a seção do orifício continuam a se mover em trajetórias curvilíneas.
Causa: A inércia das partículas de água que continuam a convergir depois de tocar as bordas do orifício.
Coeficiente de contração (Cc), que expressa a redução no diâmetro do jato:
Cc = Ac / A
Ac = área da seção contraída
A = área do orifício.
Coeficiente de vazão
Determinação experimental dos coeficientes
Método gravimétrico  Recipiente calibrado, cronômetro, área do orifício e H.
Utilizando um calibrador de compasso na seção contraída  Determinar Cc.
Tubo de Pitot  Mede a velocidade real, para determinar Cv.
Equação das distâncias X e Y
Teoria dos grandes orifícios
Se a dimensão vertical de um orifício é grande, a carga hidrostática que produz o fluxo é menor na parte superior que na parte borda inferior.
A fórmula que utiliza H não é verdadeira, assim temos a seguinte relação: 
Orifícios afogados
O orifício é dito afogado ou submerso quando a cota do nível d`água a jusante é superior a cota do topo do orifício. 
Assim temos a seguinte equação:
Exemplo
Dois orifícios idênticos, verticais, de pequenas dimensões, parede fina e mesmo coeficiente de velocidade, lançam jatos livres com o mesmo alcance, sob diferentes cargas, como no esquema, mostre que: h2 / h1 = H – h1 / H – h2
Escoamento sob carga variável
Uma hipótese básica assumida até agora é que o regime é permanente. Isto implica que a carga hidráulica sobre o orifício é constante no tempo.
Agora serão analisadas as leis que regem a descarga na situação que a carga varia, tornando a vazão de saída em função do tempo.
Exemplo
Dois reservatórios prismáticos, de áreas iguais, estão, no tempo t=0, com os níveis d`água distanciados em 6,0m. Determinar o tempo necessário para que a superfície livre do lado direito se eleve em 2,0m. O orifício tem área de 0,5m² e Cd = 0,5. Admita orifício de pequenas dimensões.
vertedores
São instrumentos hidráulicos utilizados para medir ou controlar a vazão em cursos d’água naturais e em canais construídos.
Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. 
Os vertedores devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios de grandes dimensões sem a parte superior.
Vertedores - nomenclatura
Vertedores - classificação
Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos vertedores. Exemplos:
Quanto à forma:
‡Simples (retangulares, trapezoidais, triangulares);
‡Compostos (seções combinadas – duas ou mais formas geométricas).
Quanto ao tipo da soleira ou crista:
Soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada);
Soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolos e concreto).
Quanto à largura relativa da soleira: 
Vertedores sem contrações laterais; 
Vertedores com uma contração lateral; 
Vertedores com duas contrações laterais.
Vertedores de soleiras delgadas e espessas
Vertedor retangular de parede plana
Esse tipo de vertedor tem sido, ao longo dos anos, o mãos estudado. Trata-se de uma placa delgada, com soleira horizontal, instalada perpendicularmente ao escoamento, ocupando toda largura do canal.
Para orifícios de grandes dimensões, foi deduzida a seguinte equação:
Fazendo-se h1=0 e h2=H, a equação fica:
Vertedor retangular de parede plana
Temos: 
Q = K.L.H3/2 
Para o valor médio de Cd = 0,62, temos: K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,838
Fórmula de Francis para vertedores sem contrações laterais. Sendo Q dada em m³/s e L e H em metros.
Parâmetros construtivos – Vertedor retangular
A seção de instalação deve ser precedida por um trecho retilíneo, de modo a garantir uma distribuição de velocidade na chegada o mais uniforme possível.
Garantir a Patm por baixo da lâmina, promovendo o arejamento da região pela instalação de um tubo perfurado que conecte aquele espaço ao exterior.
A medida da carga deve ser feita a montante do vertedor a uma distancia de 6 vezes a carga máxima esperada  Poço de medição externo ao canal.
Largura da soleira deve ser, em geral, superior a três vezes a carga.
Não são recomendadas cargas altas, superiores a 50cm.
Influência das contrações laterais