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o que são orifícios, bocais,tubos curtos e vertedores.Tipos, formas de calcular, formato, etc.

Orifícios, bocais, tubos curtos e vertedores: tipos, forma de calcular, formato, etc


6 resposta(s) - Contém resposta de Especialista

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RD Resoluções Verified user icon

Há mais de um mês

Para a resolução desta questão, utilizaremos conceitos da disciplina de “Hidráulica”.


Diferentemente do escoamento em canais, os escoamentos através de orifícios, tubos curtos, bocais e vertedores, são tratados com uma teoria simples, porém que não dispensa o acompanhamento de verificações empíricas que visam corrigir os resultados através de coeficientes.

A aplicação destes componentes possui grande importância na Hidráulica, no projeto de sistemas de irrigação, eclusas fluviais, bacias para controle de cheias, tratamento de água e esgoto, medição da vazão de efluentes industriais e de cursos d’água, projetos hidroelétricos, entre outros.

Orifícios são aberturas de perímetro fechado e forma geométrica definida. Podem ser circulares, retangulares, triangulares ou de outras formas e se localizam geralmente em fundos de reservatórios, paredes de condutos pressurizados através das quais o fluido se movimenta devido a energia potencial e/ou cinética que possui.

Quando o escoamento leva a um ambiente sob pressão atmosférica, é chamado de “descarga livre”, já quando o escoamento conduz a uma região ocupada pelo mesmo fluido, denomina-se “descarga afogada”.

Além dos formatos já comentados, os orifícios também podem ser classificados pela inclinação da superfície livre em relação ao plano do orifício, podendo ser horizontais, verticais ou inclinados.

Quando a espessura de parede, quando 0,5d < e < 1,5d, temos um orifício de parede espessa. Quando 0,5d > e, temos um orifício de parede delgada. A figura 1 nos mostra os orifícios de diferentes espessuras de parede.

Figura 1 - Orifício de Parede Fina e de Parede Espessa

Ao passar pelo orifício, a seção do fluido dofre uma brusca contração, ficando com uma área Ac. O coeficiente de contração é dado por .

Para orifícios circulares, Cc costuma girar em torno de 0,62 , variando com as dimensões do orifício e a carga. A velocidade teórica é dada por . Sabendo que a relação do coeficiente de velocidade é a razão entre a velocidade real e a velocidade teórica, temos que .

Desta forma, sabendo que o produto do coeficiente de contração com o coeficiente de velocidade resulta no coeficiente de descarga ( ), podemos chegar na chamada “Lei dos Orifícios”:

Quando a parede do orifício não é delgada o bastante, o componente passa a se chamar “Bocal”. Nestes casos, o fluido tem espaço para se expandir e ocupar a totalidade da seção. No espaço entre a seção contraída e a seção de descarga ocorre uma rápida desaceleração, gerando turbulência com consequente aumento da perda de carga.

Os bocais são classificados quanto à sua geometria e posição, podendo ser cilíndricos, cônicos, internos e externos. A figura 2 representa um bocal, também chamado de “tubo adicional”:

Figura 2 - Bocal ou Tubo Adicional

Para um bocal cilíndrico externo, utilizando um coeficiente de contração médio de Cc = 0,62, o coeficiente de proporcionalidade entre a velocidade real e a carga vale 0,82. Desta forma, a velocidade real do escoamento no bocal se torna e a vazão volumétrica a jusante do bocal, devido ao fato de o coeficiente de contração ser Cc = 1 (ausência de seção contraída), pode ser escrita como .

Em um bocal cilíndrico interno, com um coeficiente de velocidade de 0,98 , um coeficiente de contração de 0,52, sabendo que o coeficiente de descarga é o produto destes outros dois coeficientes já citados, temos:



Em Hidráulica, a denominação “Tubo Curto” é dada para estruturas destinadas à passagem de água com pequena carga. Embora o projeto destes componentes não exija alta complexidade matemática, a utilização de formulas para tubulações sob pressão (encanamentos longos) podem levar a imensos erros.

Costuma-se distinguir os casos práticos em função do comprimento relativo da tubulação (L/D), são eles:


  • - Bocais


  • - Tubos muito curtos


  • - Tubulações curtas


  • - Tubulações longas

  • No caso dos tubos muito curtos, é viável considerar a Lei dos Orifícios para o escoamento, utilizando o coeficiente de descarga (Cd) para denotar os efeitos causados pelas perdas de carga localizadas e distribuídas.


  • , onde H é a diferença de nível das cotas superior do reservatório e da linha de centro da seção de saída do escoamento.

  • Os valores de Cd podem ser consultados nas tabelas de Armando Lencastre, encontrada em livros de Hidráulica. Como no exemplo abaixo:

  • Figura 3 - Tabela para o Coeficiente de Descarga [Manual de Hidráulica, Armando Lencastre].

  • Vertedores são orifícios de grandes dimensões que possuem a aresta de topo suprimidas, com isso a porção superior da veia líquida se encontra em contato com a atmosfera. Tais dispositivos são largamente empregados na medição e controle de escoamentos em canais.

  • A nomenclatura das partes componentes dos vertedores é escrita abaixo:

  • Crista ou soleira – Parte superior da parede que fica em contato com a lâmina vertente;

  • Carga sobre a soleira (h) – Diferença de cota entre o nível de água a montante e o nível da soleira;

  • Altura do vertedor (P) – Diferença de cotas entre a soleira e o fundo do canal de chegada;

  • Largura (L) – Dimensão da soleira na qual ocorre o escoamento.

  • Os vertedores podem ser classificados quanto:

  • Forma geométrica da abertura – Retangulares, triangulares, trapezoidais, circulares e parabólicos;

  • Altura relativa da soleira – Descarga livre ou submersa;

  • Natureza da parede - Parede delgada () ou parede espessa ();

  • Largura relativa da soleira – Com ou sem contrações laterais;

  • Natureza da lamina d’água – Lâmina livre, deprimida ou aderente;

  • Inclinação do paramento da estrutura com a vertical: Vertical ou inclinada;

  • Geometria da crista – Crista retilínea, circular, poligonal ou em labirinto.

  • Abaixo estão descritas as fórmulas para estimativas de razão em diferentes tipos de vertedores:

  • Vertedor retangular de paredes finas sem contrações (Figura 4):

  • Figura 4 - Vertedor Retangular.

  • Vertedor triangular de parede fina (Figura 5):


  • Fórmula de Thomson


  • Fórmula de Gouley e Crimp

  • Ambas as fórmulas estão restritas às condições de , ,

  • Figura 5 - Vertedor Triangular de Parede Fina.

  • Os vertedores trapezoidais de parede final não são largamente aplicáveis, porém existe um tipo importante chamado “Cipoletti”, consituído de um trapézio isósceles e mostrado na figura 6:


  • Figura 6 - Vertedor Cipoletti.


  • , sujeito a , , , ,


  • .


Fonte: “Hidráulica Básica”

Autor: Rodrigo Porto

Para a resolução desta questão, utilizaremos conceitos da disciplina de “Hidráulica”.


Diferentemente do escoamento em canais, os escoamentos através de orifícios, tubos curtos, bocais e vertedores, são tratados com uma teoria simples, porém que não dispensa o acompanhamento de verificações empíricas que visam corrigir os resultados através de coeficientes.

A aplicação destes componentes possui grande importância na Hidráulica, no projeto de sistemas de irrigação, eclusas fluviais, bacias para controle de cheias, tratamento de água e esgoto, medição da vazão de efluentes industriais e de cursos d’água, projetos hidroelétricos, entre outros.

Orifícios são aberturas de perímetro fechado e forma geométrica definida. Podem ser circulares, retangulares, triangulares ou de outras formas e se localizam geralmente em fundos de reservatórios, paredes de condutos pressurizados através das quais o fluido se movimenta devido a energia potencial e/ou cinética que possui.

Quando o escoamento leva a um ambiente sob pressão atmosférica, é chamado de “descarga livre”, já quando o escoamento conduz a uma região ocupada pelo mesmo fluido, denomina-se “descarga afogada”.

Além dos formatos já comentados, os orifícios também podem ser classificados pela inclinação da superfície livre em relação ao plano do orifício, podendo ser horizontais, verticais ou inclinados.

Quando a espessura de parede, quando 0,5d < e < 1,5d, temos um orifício de parede espessa. Quando 0,5d > e, temos um orifício de parede delgada. A figura 1 nos mostra os orifícios de diferentes espessuras de parede.

Figura 1 - Orifício de Parede Fina e de Parede Espessa

Ao passar pelo orifício, a seção do fluido dofre uma brusca contração, ficando com uma área Ac. O coeficiente de contração é dado por .

Para orifícios circulares, Cc costuma girar em torno de 0,62 , variando com as dimensões do orifício e a carga. A velocidade teórica é dada por . Sabendo que a relação do coeficiente de velocidade é a razão entre a velocidade real e a velocidade teórica, temos que .

Desta forma, sabendo que o produto do coeficiente de contração com o coeficiente de velocidade resulta no coeficiente de descarga ( ), podemos chegar na chamada “Lei dos Orifícios”:

Quando a parede do orifício não é delgada o bastante, o componente passa a se chamar “Bocal”. Nestes casos, o fluido tem espaço para se expandir e ocupar a totalidade da seção. No espaço entre a seção contraída e a seção de descarga ocorre uma rápida desaceleração, gerando turbulência com consequente aumento da perda de carga.

Os bocais são classificados quanto à sua geometria e posição, podendo ser cilíndricos, cônicos, internos e externos. A figura 2 representa um bocal, também chamado de “tubo adicional”:

Figura 2 - Bocal ou Tubo Adicional

Para um bocal cilíndrico externo, utilizando um coeficiente de contração médio de Cc = 0,62, o coeficiente de proporcionalidade entre a velocidade real e a carga vale 0,82. Desta forma, a velocidade real do escoamento no bocal se torna e a vazão volumétrica a jusante do bocal, devido ao fato de o coeficiente de contração ser Cc = 1 (ausência de seção contraída), pode ser escrita como .

Em um bocal cilíndrico interno, com um coeficiente de velocidade de 0,98 , um coeficiente de contração de 0,52, sabendo que o coeficiente de descarga é o produto destes outros dois coeficientes já citados, temos:



Em Hidráulica, a denominação “Tubo Curto” é dada para estruturas destinadas à passagem de água com pequena carga. Embora o projeto destes componentes não exija alta complexidade matemática, a utilização de formulas para tubulações sob pressão (encanamentos longos) podem levar a imensos erros.

Costuma-se distinguir os casos práticos em função do comprimento relativo da tubulação (L/D), são eles:


  • - Bocais


  • - Tubos muito curtos


  • - Tubulações curtas


  • - Tubulações longas

  • No caso dos tubos muito curtos, é viável considerar a Lei dos Orifícios para o escoamento, utilizando o coeficiente de descarga (Cd) para denotar os efeitos causados pelas perdas de carga localizadas e distribuídas.


  • , onde H é a diferença de nível das cotas superior do reservatório e da linha de centro da seção de saída do escoamento.

  • Os valores de Cd podem ser consultados nas tabelas de Armando Lencastre, encontrada em livros de Hidráulica. Como no exemplo abaixo:

  • Figura 3 - Tabela para o Coeficiente de Descarga [Manual de Hidráulica, Armando Lencastre].

  • Vertedores são orifícios de grandes dimensões que possuem a aresta de topo suprimidas, com isso a porção superior da veia líquida se encontra em contato com a atmosfera. Tais dispositivos são largamente empregados na medição e controle de escoamentos em canais.

  • A nomenclatura das partes componentes dos vertedores é escrita abaixo:

  • Crista ou soleira – Parte superior da parede que fica em contato com a lâmina vertente;

  • Carga sobre a soleira (h) – Diferença de cota entre o nível de água a montante e o nível da soleira;

  • Altura do vertedor (P) – Diferença de cotas entre a soleira e o fundo do canal de chegada;

  • Largura (L) – Dimensão da soleira na qual ocorre o escoamento.

  • Os vertedores podem ser classificados quanto:

  • Forma geométrica da abertura – Retangulares, triangulares, trapezoidais, circulares e parabólicos;

  • Altura relativa da soleira – Descarga livre ou submersa;

  • Natureza da parede - Parede delgada () ou parede espessa ();

  • Largura relativa da soleira – Com ou sem contrações laterais;

  • Natureza da lamina d’água – Lâmina livre, deprimida ou aderente;

  • Inclinação do paramento da estrutura com a vertical: Vertical ou inclinada;

  • Geometria da crista – Crista retilínea, circular, poligonal ou em labirinto.

  • Abaixo estão descritas as fórmulas para estimativas de razão em diferentes tipos de vertedores:

  • Vertedor retangular de paredes finas sem contrações (Figura 4):

  • Figura 4 - Vertedor Retangular.

  • Vertedor triangular de parede fina (Figura 5):


  • Fórmula de Thomson


  • Fórmula de Gouley e Crimp

  • Ambas as fórmulas estão restritas às condições de , ,

  • Figura 5 - Vertedor Triangular de Parede Fina.

  • Os vertedores trapezoidais de parede final não são largamente aplicáveis, porém existe um tipo importante chamado “Cipoletti”, consituído de um trapézio isósceles e mostrado na figura 6:


  • Figura 6 - Vertedor Cipoletti.


  • , sujeito a , , , ,


  • .


Fonte: “Hidráulica Básica”

Autor: Rodrigo Porto

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Matheus

Há mais de um mês

Orifícios : Orifícios são perfurações (geralmente de forma geométrica conhecida) feitas abaixo da superfície livre do líquido em paredes de reservatórios, tanques, canais ou tubulações, com a finalidade de medição de vazão.

Bocais e tubos : Bocais ou tubos adicionais são constituídos por peças tubulares adaptadas aos orifícios, com a finalidade de dirigir o jato. O seu comprimento deve estar compreendido entre 1,5 e 3,0 vezes o diâmetro. De um modo geral, e para comprimentos maiores, consideram-se comprimentos de 1,5 a 3,0 D como bocais, de 3,0 a 500 D como tubos muito curtos; de 500 a 4.000 D (aproximadamente) como tubulações curtas; e acima de 4.000 D como tubulações longas.

Vertedores : São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d’água naturais e em canais construídos.

Não entendi esta parte depois do “:“, mas está ai, espero que ajude.

 

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Jaíne

Há mais de um mês

Sobre cada item saber os tipos existentes, as formas decalcular, formato. A princípio obg. :D

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Eduarda

Há mais de um mês

Achei essa aula bem legal, e tenho o livro que o professor usa de base, se quiser te empresto. Beijo gatinha https://passeidireto.com/arquivo/3392697/aula-hidraulica 

Essa pergunta já foi respondida por um dos nossos especialistas