Aula 24 - Veterdores - Parte I

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Hidráulica II – 6CIV039
Aula 24:
Vertedores – Parte I
Prof. Caio Victor Lourenço Rodrigues
2014
Prof. Caio Rodrigues 2
1. Definição;
2. Elementos básicos;
3. Classificações;
4. Vertedor retangular de parede delgada;
5. Determinação do coeficiente de descarga;
6. Contração lateral;
7. Exercício.
Hidráulica II
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1. Definição
Vertedor: orifício incompleto com abertura na borda
superior.
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• Instalado em canais;
• Perpendicular ao fluxo;
• Há atuação de pressão atmosférica;
• Hidraulicamente semelhante aos orifícios de
grandes dimensões;
• Portanto, também há contração da veia;
• Há convergência da lâmina ao passar pelo vertedor.
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Aplicações
• Medidor de vazão;
• Controle de vazão;
• Sistemas de irrigação;
• Extravasores de barragens
• ETA;
• ETE.
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2. Elementos básicos
L: Largura da soleira;
H: Carga sobre a soleira;
b: largura do canal.
P: altura do vertedor
P´: altura da lâmina a jusante
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e: espessura da soleira (comprimento)
Atenção:
Nessa figura h = H;
H – região de pressão hidrostática (6 a 10H).
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3. Classificações
A classificação pode ser quanto a:
A. Forma;
B. Altura relativa da soleira;
C. Natureza da parede;
D. Largura da soleira;
E. Natureza da lâmina;
F. Inclinação do paramento.
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• Forma: retangular, triangula, trapezoidal, circular.
• Altura relativa da soleira:
Livre ou completo: P > P´
Afogado ou incompleto: P < P´
• Natureza da parede (comprimento do vertedor):
Delgada: e < 2/3 H
Espessa: e > 2/3 H
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• Largura da soleira:
L = b – sem contração lateral.
L < b – com contração lateral.
• Inclinação do paramento:
Inclinação da estrutura do vertedor em relação à
corrente:
Vertical e Inclinado.
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• Natureza da lâmina: Livre, deprimida e aderente.
Abaixo da lâmina:
P = Patm
Abaixo da lâmina:
P < Patm
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Não há bolsa de ar, todo ar
foi arrastado.
Ocorre com pequenas vazões
P´ > P
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4. Vertedor retangular de parede delgada
• Uma placa delgada instalada no canal;
• Sem contração: L=b;
• Patm sobre a lâmina da água;
• Conhecido como Vertedor de Bazin.
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Utilização de vertedor retangular de parede delgada 
como medidor de vazão
• Instalação em trecho retilíneo do canal:
Distribuição uniforme da velocidade.
Canal com comprimento maior que 20.Rh.
• Utilização da lâmina livre:
Hmin = 2 cm
Hmax = 50 cm
• Largura da soleira: L=3H
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Cálculo da vazão em vertedor
• Cálculo pela lei dos orifícios;
• Calculado como orifícios de grandes dimensões:
ۿ = ૛
૜
۱܌.ۺ. ૛܏. ܐ૚૜/૛ − ܐ૛૜/૛
ۿ = ૛
૜
۱܌.ۺ. ૛܏. ۶૜/૛
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ۿ = ૛
૜
۱܌.ۺ. ૛܏. ܐ૚૜/૛ − ܐ૛૜/૛
ۿ = ૛
૜
۱܌.ۺ. ૛܏. ۶૜/૛
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Considerações e aproximações
• Distribuição uniforme da velocidade à montante;
• Escoamento bidimensional (canais);
• Patm sobre a lâmina na soleira;
• Despreza-se viscosidade, tensão superficial e
turbulência;
• As fórmulas anteriores desprezavam velocidade de
aproximação;
• Para conferir: Área transversal do canal > 6 H L
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Considerando velocidade de aproximação
ۿ = ૛
૜
۱܌.ۺ. ૛܏. ࡴ+ ࢻ ࢂ૛
૛ࢍ
૜/૛
− ࢻ
ࢂ૛
૛ࢍ
૜/૛
• Fórmula de Weisbach;
• α: coeficiente de Coriolis (1,0 a 1,66).
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Observações
• Não há Ao e sim L (Largura da soleira);
• A contração dos filetes é considerada no Cd;
• Se a lâmina for deprimida há alteração da maneira
de calcular;
• A lâmina deprimida pode virar aderente e por
último afogada.
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5. Determinação do coeficiente de descarga
• Variáveis: H, P, b, L;
• 2 equações principais: Bazin e Francis
• Equações empíricas;
• Bazin foi a primeira fórmula em 1889:
۱܌ = ૙,૟૙ૠ૞ + ૙,૙૙૝૞
۶
૚ + ૙,૞૞ ۶
۶ + ۾ ૛
0,08 < H < 0,50 m
0,20 < P < 2,0 m
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• Francis (1905):
۱܌ = ૙,૟૚૞ ૚ + ૙,૛૟ ۶
۶ + ۾ ૛ 0,25 < H < 0,80 mP > 0,30 m
H < P
Para P/H > 3,5:
Baixo valor de carga cinética de aproximação
Cd = 0,623
ۿ = ૚,ૡ૜ૡ.ۺ.۶૜/૛
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6. Contração lateral
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• b > L;
• Entretanto, desprezar quando L > 10H;
• Aplicando a fórmula vista haverá uma
superestimativa da Q;
• Há necessidade de corrigir esse valor de Q;
• Depende do número de contrações;
• Fórmula de Francis:
ۿ = ૚,ૡ૜ૡ. (ۺ − ૙,૚.ܖ.۶) ۶૜/૛
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7. Exercício
Em uma área de irrigação há um canal trapezoidal com
largura de fundo igual a 1,20 m e declividade de fundo
I0=0,0003 m/m, inclinação de taludes 1V:2H, revestido de
cimento n=0,020, transportando em regime uniforme
uma certa vazão com altura d´água igual a 0,45m.
Desejando-se, em uma determinada seção, aumentar o
tirante d´água para 0,75m, optou-se pela instalação de
um vertedor retangular de parede fina, com duas
contrações laterais e largura da soleira L=1,50m. Qual
deve ser a altura da soleira P?
P = 0,485 m
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Até a próxima aula!