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61 Hidráulica e Hidrologia Aplicada 5. FORONOMIA 5.1. Vertedor É uma passagem feita no alto de uma parede por onde a água escoa livremente (apresentando, portanto, a superfície sujeita à pressão atmosférica). São utilizados na medição de vazão de pequenos cursos d’água, canais, nascentes, ou seja, vazões menores a 0,3m3/s. Figura 5.1: Partes constituintes de um vertedor. Principais usos dos vertedores • Medição de vazão • Extravasores de Barragens • Tomada d´água em canais • Elevação de nível nos canais • Decantadores e estação de tratamento de água • Escoamentos em galerias • Estações de tratamento de esgoto 5.2 Classificação Quanto à espessura da parede (e): Figura 5.2: Espessura da parede do vertedor. 62 Hidráulica e Hidrologia Aplicada • Parede delgada ou soleira fina: a espessura (e) não é suficiente para que sobre ela se estabeleça o paralelismo das linhas de corrente (e < 2/3 y). • Parede espessa ou soleira espessa: a espessura é suficiente para que sobre ela se estabeleça o paralelismo das linhas de corrente (e ≥ 2/3 y). Quanto à largura relativa da soleira (L): Figura 5.3: Vertedor sem contração lateral. Figura 5.4: Vertedor com uma contração lateral. Figura 5.5: Vertedor com duas contrações. • Vertedor retangular de parede delgada 63 Hidráulica e Hidrologia Aplicada Os filetes inferiores se elevam para atravessar a crista do vertedor. A superfície livre da água e os filetes próximos são rebaixados, ocorrendo o estreitamento da veia fluida. Fazendo h1 = H e h 2 = 0 temos 3 22 2 3 d Q C L g H= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ fórmula de Du Buat. • Vertedor retangular de parede espessa Soleira deve ter espessura suficiente para que ocorra paralelismo dos filetes de fluido. • e > H/2 .• Caso H/2 < e < 2H/3 ,� veia instável, podendo ou não aderir à crista. �•Caso e < H/2 utilizar equações para vertedor de parede delgada. • Caso e > 2H/3 � Usar fórmula de Basin ( 1889): 3 ' 22Q m L g H= ⋅ ⋅ ⋅ mas m=xm e 0,70 0,185 Hx e = + + sendo 20,0030,405 1 0,55 Hm H H p = + + + . • Caso e > 3H: superfície da água sofre um rebaixamento no início da soleira e depois fica paralela à soleira. 3 3 2 20,385 2 ou Q=1,705 L HQ L g H= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ Pode-se escrever em função de H1: 3 2 13,133Q L H= ⋅ ⋅ . Segundo Lesbros a vazão real será 3 3 2 20,35 2 ou Q=1,550 L HQ L g H= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ . • Vertedor triangular Utilizado para medição de pequenas vazões ( Q < 30 l/s). Tem maior precisão na medida da carga, H. São construídos em chapa de aço. 64 Hidráulica e Hidrologia Aplicada Na realidade Cd varia com θ°. Na prática, utiliza-se um triângulo isósceles com a bissetriz na vertical. Thomson propôs um vertedor com θ = 90º e um Cd tal que: 5 21,4Q H= ⋅ Nesse caso: 0,05 < H < 0,38 m, p > 3 H e B > 6 H; Q em m3/s e H em m. • Vertedor trapezoidal É um tipo especial de um vertedor trapezoidal, onde as faces são inclinadas de 1:4 (H:V), tal que tg(θ/2) = ¼. A declividade de 1:4 tem o objetivo de compensar a diminuição de largura devida à contração lateral, de forma que a equação a ser usada é a do vertedor retangular de parede delgada com duas contrações: 3 22 21 2 3 10d HQ C g H = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ Cipolleti propôs que Cd = 0,63 E que os limites seguintes fossem respeitados: 0,08 < H < 0,60 m H < L/3 p > 3.H e a >2 H Largura do canal (B) > 7.H, Valendo a seguinte fórmula: 3 21,861Q L H= ⋅ ⋅ 5.2 Bocal Bocal ou tubo adicional é um tubo curto que se adapta a um orifício, tendo quase sempre uma seção transversal circular, sendo colocado normalmente à parede do reservatório. É utilizado para regularizar e dirigir o jato. O seu comprimento (L) deve estar compreendido entre 1,5 e 5 D, onde D é o 65 Hidráulica e Hidrologia Aplicada seu diâmetro interno. 5.2.1 Classificação Em função do comprimento (L) e diâmetro (D) é utilizada a seguinte classificação: • Orifícios em paredes delgadas: L < 0,5 D • Orifícios em paredes espessas: 0,5 D < L< 1,5 D • Bocais ou tubos adicionais: 1,5 D < L < 5,0 D • Tubos curtos: 5,0 D < L < 100 D • Encanamentos ou tubulações: L > 100 D Bocal cilíndrico externo: é um tubo cilíndrico que se projeta para fora da parede, ou um orifício numa parede espessa. Bocal padrão é o bocal cujo comprimento iguala-se a 2,5 vezes o seu diâmetro. Quando a altura d’água é grande em relação ao comprimento do bocal, o jato é idêntico ao do orifício; no bocal propriamente dito, porém, há contração da veia liquida como nos orifícios, seguindo- se uma expansão do jato que na seção de saída enche completamente o bocal. O coeficiente tem a seguinte ordem de grandeza: CC = 1,0 ; CV = Cd = 0,82. Bocal cilíndrico interno: é um tubo cilíndrico que se projeta para o interior da parede. Se o comprimento do bocal é de 0,5 D a 1,0 D, o jato sofre contração na entrada do bocal, maior que a observada nos orifícios, e não toca nas paredes internas do mesmo. Os coeficientes têm a seguinte ordem de grandeza: CV = 0,98; CC = 0,52; Cd = 0,50 a 0,51. 66 Hidráulica e Hidrologia Aplicada Bocal convergente: é quando a entrada do bocal tem bordas agudas há pequena contração do jato, seguida de expansão; na saída, o jato sofre uma pequena contração, que pode ser reduzida adaptando-se a forma do bocal à jato do jato, para guiar os filetes líquidos. Os coeficientes variam segundo o ângulo de convergência (θ) e o comprimento do bocal. Bocal divergente: se a entrada tem bordas agudas, há uma pequena contração do jato, que logo depois se expande, enchendo completamente o bocal que, na saída, funciona a plena seção. Com os bocais cônicos aumenta-se a vazão, experimentalmente pode-se variar o ângulo q de 0 a 13º30’, quando observa-se a máxima vazão. Nessa situação Cd = 0,94. o⋅ ⋅Q = 0,94 A 2gh 67 Hidráulica e Hidrologia Aplicada Para comprimentos acima de 100 D empregarmos fórmulas utilizadas em condutos forçados. Para o cálculo da vazão do bueiro os valores de Cd são os adotado na Tabela 5.1 Tabela 5.1: Coeficiente de descarga de bueiros de concreto. Calha É um medidor de regime crítico, porém com o perfil do fundo alterado convenientemente. Emprego do Calha Parshall: Pode-se citar como exemplos de tubos curtos: canalização para esvaziamento de tanques, descargas de canalizações, bueiros, instalações industriais a e alguns tipos de extravasores. d o⋅ ⋅Q = C A 2gh Para o bocal de Venturi as experiências demostram que um ângulo de divergência de 5º, combinado com o comprimento do tubo L, com L= 9 D, onde D é o diâmetro de seção estrangulada, permite obter Cd = 1,00. oQ = A 2gh 68 Hidráulica e Hidrologia Aplicada • Medição de vazão • Irrigação • Controle de velocidade nas caixas de areia das estações de tratamento de esgoto • Estações de tratamento de água • Dispositivo de mistura rápida nas ETA O medidor tem uma seção convergente, de fundo plano que termina em uma seção de largura constante, denominada de garganta, que possui o fundo com declividade acentuada. Após a garganta tem-se uma seção divergente e com o fundo em aclive suave. A seção divergente deve ser ajustada ao canal de jusante, conforme a Figura Figura : Esquema de calha Parshall Referências BibliográficasBAPTISTA, MARCIO BENEDITO; LARA, MARCIA, “Fundamentos de Engenharia Hidráulica”, Editora UFMG, Minas Gerais, 2ª ed. 2003. PORTO, RODRIGO DE MELO. “Hidráulica Básica”, Editora São Carlos: EESC- USP, SP, 2ª ed.1999. PORTO, RODRIGO DE MELO. “Exercícios de Hidráulica Básica”, Editora São Carlos: EESC-USP, SP, 4ª ed. 2013.
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