trabalho fenomenos - bocais

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UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA - UNAMA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Wesley Vila Seca Sanches
O EMPREGO DOS BOCAIS OU TUBOS ADICIONAIS EM SISTEMA DE ESCOAMENTO HIDRÁULICO POR ORIFÍCIOS 
BELÉM – PARÁ
2013
Wesley Vila Seca Sanches
	
O EMPREGO DOS BOCAIS OU TUBOS ADICIONAIS EM SISTEMA DE ESCOAMENTO HIDRÁULICO POR ORIFÍCIOS 
Relatório referente à disciplina Fenômenos dos Transportes Experimental ministrada pela Profª. Elzelis Müller da Silva, na Turma 3ENN1, como exigência parcial para obtenção da nota do 2º N.I. 
BELÉM – PARÁ
2013
AGRADECIMENTOS
Á Deus, que sempre nos deu forças o suficiente para que, apesar das dificuldades enfrentadas para chegar à faculdade devido ao trânsito de Belém não estar ajudando, ele colocou profissionais dedicados com os alunos e uma biblioteca com um excelente acervo de livros que nos proporcionou e facilitou o desenvolvimento deste material voltado para Bocais.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.......................................................................................................04
Objetivo..............................................................................................................04
Objetivo Específico..................................................................................04
Justificativa.........................................................................................................04
BOCAIS....................................................................................................................05
Estudo dos Bocais..............................................................................................05
Classificação dos Bocais..........................................................................05
Vazão nos Bocais.....................................................................................06
Bocais Cilíndricos....................................................................................06
Bocais Cônicos.........................................................................................07
Bocais e Agulhetas...................................................................................08
Experiência de Venturi.............................................................................08
Subdivisão de Carga em um Bocal. Perda de Carga...............................09
Comparação entre a perda de carga em um bocal norma e a perda em um bocal com entrada arredondada...........................................................................11
CONSIDERAÇÕES................................................................................................15
Conclusão...........................................................................................................15
Sugestão para prosseguimento da pesquisa........................................................15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA...........................................................................16
1 INTRODUÇÃO
Neste trabalho será apresentado o estudo dos bocais e os cálculos para obtenção de sua vazão de acordo com seu diâmetro. Bocais são peças tubulares adaptadas aos orifícios com a finalidade de dirigir o jato 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. E como comprovação de suas eficiências, Venturi constatou que com a adição de um bocal, a sua vazão se eleva em uma vasta experiência. Os Bocais possuem diversas aplicações, tais como: esvaziamento de reservatórios, bocais especiais para combate a incêndios, medição de vazão, fonte para abastecimento de água, entre outros.
Objetivo
Descrever a utilização dos bocais em um sistema hidráulico de escoamento.
1.2. Objetivo Específico
Fazer uma análise da funcionalidade do emprego dos bocais quando adaptada nos orifícios.
1.3. Justificativa
Desenvolver um material didático voltado ao estudo dos bocais e suas funções nos seu emprego em sistemas de escoamentos hidráulicos.
2 BOCAIS
2.1. Estudo dos bocais ou tubos adicionais
Chama-se tubo adicional a um tubo de comprimento aproximadamente igual à distância entre o plano do orifício e o plano da seção contraída, caso o orifício tivesse aresta viva (LENCASTRE, 1972). Os bocais adicionais são constituídos por peças tubulares adaptadas aos orifícios (AZEVEDO NETTO, 1998). Os bocais servem para dirigir o jato ou regular a vazão graças a formação de vácuo originada no interior do bocal (escoamento contra pressão menor que a atmosfera), favorecem ao escoamento. Em outras palavras, no caso geral, a forma do tubo adicional altera a forma da veia e as contrações resultando no aumento dos coeficientes de vazão (PINTO 2011). A Figura 1 mostra o esquema de utilização de um bocal.
Figura 1. Fonte: AZEVEDO NETTO 2007
Em seu trabalho, Pinto (2011) cita Quintela (1981), que afirma que quando o perfil do tubo adicional tem a seção progressivamente decrescente, a seção livre do orifício e a seção contraída são praticamente coincidentes e o coeficiente de vazão, se a área de referência é a da seção de saída, reduz-se praticamente ao coeficiente de velocidade. Se o orifício com a forma do tubo adicional for aberto numa parede espessa, o valor do coeficiente de descarga permanece igual ao valor do coeficiente de velocidade.
2.1.1. Classificação dos Bocais
Os bocais ou tubos adicionais são constituídos por peças tubulares adaptadas aos orifícios (AZEVEDO NETO 1998). Servem para dirigir o jato. O seu comprimento deve estar compreendido entre vez e meia (1.5) e três (3) vezes o seu diâmetro. De um modo geral, e para comprimentos maiores, consideram-se comprimentos de 1,5 a 3 D como bocais; d 3 a 500 D como tubos muitos curtos; de 500 a 4 000 D (aproximadamente) como tubulações curtas; e acima de 4 000 D como tubulações longas.
O estudo de orifícios em parede espessa é feita do mesmo modo que o estudo dos bocais, como mostra a figura 2.
Figura 2. AZEVEDO NETTO (1998)
Segundo AZEVEDO NETTO (1998), Os bocais costumam ser classificado em, cilíndricos – interiores ou reentrantes e exteriores e cônicos – convergentes e divergentes. Denomina-se, ainda, bocal-padrão ao bocal cujo comprimento iguala-se a 2.5 vezes o seu diâmetro e bocal de borda ao bocal reentrante de comprimento padrão.
2.1.2. Vazão nos Bocais
Segundo AZEVEDO NETTO (1998), Aos Bocais aplica-se a fórmula geral, deduzida para os orifícios pequenos.
2.1.3. Bocais Cilíndricos
A contração da veia ocorre no interior dos bocais cilíndricos (PORTO, 2004). Nos bocais-padrão, a veia pode colar-se ou não às suas paredes. Fechando-se o tudo de modo a enchê-lo, fazemos com que a veia fique colada, resultando um jato “total” (ocupando inteiramente a seção de saída) (AZEVEDO NETTO, 1998).
No tocante ao bocal reentrante, este corresponde a uma vazão menor: coeficiente de descarga 0,51 (teoricamente encontra-se = 0,5 para veia livre).
O bocal cilíndrico externo, com veia aderente, eleva a vazão = 0,82. A figura 3 demonstra o Bocal Cilíndrico Externo (BCE) e o Bocal Cilíndrico Interno (BCI).
Figura 3. Fonte: SCRIBD (2013)
2.1.4. Bocais Cônicos
Segundo PORTO (2004), Com os bocais cônicos aumenta-se a vazão. Experimentalmente verifica-se que nos tubos bocais convergentes, a descarga é máxima para Ɵ = 13°30’; = 0,94.
Segundo AZEVEDO NETTO (2007), os tubos divergentes com a pequena seção inicial convergente, conforme mostra a figura 4 denominam-se Venturi, por terem sido estudados pelo investigador italiano. As experiências de Venturi demonstram que um ângulo de divergência de 5°, combinado com o comprimento do tubo igual a cerca de nove vezes o diâmetro da seção estrangulada, permite os mais altos coeficientes de descarga.
Figura 4: Bocal Cônico Convergente (BCC), Bocal Cônico Divergente (BCD).
Fonte: SCRIBD (2013)
2.1.5. Bocais Agulhetas
Na prática, os bocais são construídos para várias finalidadescomo combate a incêndios, operações de limpeza, serviços de construção, aplicações agrícolas tratamento de água, maquinas hidráulicas, etc.
Quatro tipos são usuais, como mostra a figura abaixo.
Figura 5: (a) Bocal Cônico Simples. (b) Bocal Cônico com extremidade Cilíndrica. (c) Bocal Convexo. (d) Bocal Tipo Rouse.
Figura 5. Fonte AZEVEDO NETTO (1998)
O coeficiente de descarga (), geralmente, está compreendido entre 0,95 e 0,98.
Os bocais de incêndio, normalmente, tem diâmetro de saída de 25 a 37,5mm.
2.1.6. Experiência de Venturi
Parece paradoxal o fato de a vazão se elevar com a adição de um bocal; com o bocal, novos pontos para perda de energia são criados. A explicação foi dada por Venturi em uma célebre experiência (AZEVEDO NETTO, 1998).
A pressão média existente na coroa de depressão, que envolve a veia líquida dentro do bocal, é menor que a pressão atmosférica. Isso foi verificado por Venturi, que introduziu naquela parte um tubo de vidro, conforme mostra a figura 6. Observa-se que o valor 0,75h tem um limite teórico de 1 atm (10mca).
Figura 6: Verificação media da cora de depressão por Venturi
Fonte AZEVEDO NETTO (1998)
Nessas condições AZEVEDO NETTO (1998) afirma que, a descarga, que num orifício ocorreria contra a pressão atmosférica, com a adição de um bocal passa a ser feita contra uma pressão menor, elevando-se a vazão. A existência do bocal permite a formação e manutenção de depressão.
2.1.7. Subdivisão de carga em um bocal. Perda de carga
De carga total H, que atua sobre um cocal cilíndrico, cerca de 2/3 se converte em velocidade, correspondendo o terço restante à energia despendida na entrada do bocal (AZEVEDO NETTO 1998).
Considerando-se, por exemplo, o caso ilustrado na figura 7 de um tanque com uma altura de água de 10 m em relação ao eixo de um bocal, cujo comprimento de 0,30 m iguala-se a três diâmetros (0,10).
Figura 7. Fonte AZEVEDO NETTO (1998)
Logo,
A carga h correspondente a essa velocidade será,
comparando esse valor de h com a carga inicialmente disponível (H= 10m), verifica-se que cerca de dois terços de H ( 66,6% ou, aproximadamente, 6,70 m) converte-se em velocidade, enquanto que o terço restante (33,3% ou 3,30 m) corresponde à energia despendida na entrada do bocal.
Essa perda (1/3 H) é equivalente à metade de h (h = 2/3 H), sendo portanto igual a 
Designando-se por a perda de carga,
Como, 
E, 
Expressão da perda de carga nos bocais idêntica a dos orifícios.
2.1.8. Comparação entre a perda de carga em um bocal normal e a perda em um bocal com entrada arredondada
Para os bocais comuns, representado na figura 8 a, em que o valor médio de é 0,82, a perda na entrada vem a ser,
Ou seja, 50% de .
Figura 8: Bocal Comum (a), Bocal Arredondado (b), Bocal com diâmetro reduzido (c)
Figura 8. Fonte AZEVEDO NETTO (1998)
Empregando-se bocais com bordas bem arredondadas, Figura 8 b (acima), consegue-se elevar o valor de até 0,98, resultando
Ou apenas cerca de 4% da carga de velocidade, o que mostra a conveniência de haver melhores condições de entrada.
A forma geométrica ideal é a de uma tratriz*. Na prática, porem, uma curvatura ideal constitui um refinamento que raramente pode ser realizado. Entretanto as condições podem ser bastante melhoradas nos casos de tubulações, empregando-se na sua extremidade inicial uma peça de redução de diâmetro (figura 8 c).
Ângulo com horizonte que permite máximo alcance
Tratriz – curva plana cujas tangentes tem igual comprimento
Fonte AZEVEDO NETTO (1998)
Tabela de coeficiente de médios de bocais
AZEVEDO NETTO (1998)
 3 CONSIDERAÇÕES
 Conclusão
Concluímos que o estudo de bocais é de suma importância para a Construção Civil, pois o mesmo serve para inúmeras aplicações. E é estudado mais profundamente na Foronomia, que é seu estudo do escoamento dos fluidos juntamente com os orifícios.
 Sugestão para prosseguimento da pesquisa
Desenvolver um artigo que descreva como ocorre a formação do vácuo regulador da vazão que se origina dentro dos bocais. Os bocais de fato são de suma importância (como pudemos ver no tópico (2.1.5), porem, descrevendo como ocorre e funciona a atividade do vácuo no interior do bocal, além de facilitar e ampliar o entendimento de pessoas com nos (meros graduando), pode ocorrer o desenvolvimento de uma tese original, o que nos dia de hoje, apesar de tanto conhecimento avançado, tem sido difícil contrariar os mestres do passado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LENCASTRE, A. Manual de Hidráulica Geral. São Paulo, Edgard Blücher, Ed. Da Universidade de São Paulo, 1972.
NETTO, AZEVEDO. Manual de Hidráulica. 8a Edição – São Paulo: Editora Blucher, 1998.
PINTO, ALVES. Escoamento em orifícios e vertedores. Rio Grande do Norte. Universidade Federal do Semi-Árido - UFERSA. 2011.
PORTO, RODRIGO DE MELO. Hidráulica Básica. 3ª Edição – São Paulo. Universidade de São Paulo, 2004.
SCRIBD - http://pt.scribd.com/doc/77214201/bocais Acessado em 28 de maio de 2013.
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