Orifícios e vertedores PDF

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Estudo dirigido sobre orifícios e vertedores ....

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CIV0417 – HIDRÁULICA DOCENTES: ADA CRISTINA SCUDELARI MARCELLA DE SÁ LEITÃO ASSUNÇÃO

AMANDA MARIA DE LIMA FAGUNDES THAIS OHANA FERREIRA DE ARAÚJO

ORIFÍCIOS E VERTEDORES

NATAL-RN 2015

1. ORIFÍCIOS 1.1. Definição Um orifício no sentido hidráulico é uma abertura de perímetro fechado praticada na parede ou no fundo de um reservatório, através da qual o líquido em repouso ou movimento escoa devido a energia potencial e/ou cinética que possui, mantendo-se o contorno completamente submerso, isto é, abaixo da superfície livre. Na classe do orifício, segundo (Akan,1993) estão inclusos os tubos e galerias curtas, de maneira que a saída não está submersa. A descarga de um orifício de qualquer seção pode ser determinada usando a Lei dos Orifícios: Q = K0 A0 (2 g h) 0,5 Sendo: Q → vazão de descarga (m3/s); A0 → área da seção transversal do orifício (m 2); g → aceleração da gravidade g=9,81 m/s2; h → altura da água sobre a geratriz superior da galeria ou da tubulação (m); K0 → Cd → coeficiente de descarga do orifício (adimensional).

Figura 1 – Carga disponível em um orifício.

A equação de descarga de um orifício de qualquer seção só é válida quando h/D > 1,2. Entretanto na prática conforme (Akan,1993) mesmo para pequenas alturas de h é utilizada. Em geral, o coeficiente de descarga médio de um orifício adotado é K0 = 0,62. 1.2.

Classificação

Há vários critérios de classificação dos orifícios, segundo suas principais características. a) Quanto à forma geométrica da abertura praticada na parede o reservatório: circulares; retangulares; quadrados, outros. b) Quanto às dimensões:



Pequenos: dimensões muito menores que a sua carga (profundidade). Todas as partículas que atravessam o orifício estão sujeitas à mesma carga h e têm a mesma velocidade v.



Grandes: dimensões da mesma ordem de grandeza da carga. h é considerado variável e as partículas que atravessam a abertura têm velocidade distintas. c) Quanto à natureza da parede:



Parede delgada: contato líquido/parede por uma linha (perímetro). e < 0,5d



Parede espessa: contato líquido/parede por uma superfície. Estuda-se como bocal. 0,5d < e < 1,5d

Figura 2 – Orifícios de parede delgada (à esquerda) e orifícios de parede espessa.

1.3.

Entradas

A entrada nos orifícios pode ser com ou sem chanfro, conforme mostra a abaixo.

Figura 3 - Tipos de entrada das galerias - quadrado (r=0), redondo e chanfrado.

Em função de r/D sendo r da acima e de h/D temos os valores do coeficiente de descarga K0 na Tabela 1.

Tabela 1 - Coeficiente de descarga K0 em orifícios com paredes verticais

1.4.

Perda de carga

A passagem de um líquido através de um orifício se dá com determinado consumo de energia disponível antes da abertura. Esta perda de energia se dá pela viscosidade do líquido, pela resistência do ar e pela própria parede do reservatório. Dessa forma, nem toda energia potencial disponível, H, é transformada em energia cinética. A perda de carga pode ser calculada como:

sendo: → a perda de carga (m); → coeficiente de velocidade (adimensional); g → aceleração da gravidade g=9,81 m/s2; V → velocidade real (m/s); 1.5. 

Aplicações

Controle de vazão em geral (medidores de vazão de água, de efluentes industriais e água);



g

;



Projetos de irrigação e drenagem;



Bacias de detenção para controle de cheias urbanas;



Projetos hidrelétricos;



Estações de tratamento de água e de esgotos;



Irrigação por aspersão.

2. VERTEDORES 2.1.

Definição

Vertedores são aberturas ou entalhes na parte superior de uma parede, através dos quais um líquido escoa submetido à pressão atmosférica. São instrumentos hidráulicos usados para medir ou controlar a vazão em escoamento em galerias e canais. Ap

ç

v

lv

ív l ’ g

fl x

é

g

suficiente para produzir uma lâmina sobre o obstáculo. Tal lâmina provoca um processo de convergência vertical dos filetes, situando-se abaixo da superfície livre de região não perturbada de montante.

Figura 4 – Elementos do vertedor

2.2.

Classificação

a) Quanto à espessura (e) da parede: delgada se a espessura da parede for inferior a dois terços da carga, e < 2/3 H; e espessa caso e > 2/3 H. b) Quanto ao controle: simples e com controle. c) Quanto ao sentido do fluxo: frontal; lateral; vertical e outros. d) Quanto à forma geométrica da abertura: retangular; triangular; trapezoidal; circular e parabólica. e) Quanto à largura relativa da soleira: sem contrações laterais se a largura da soleira for igual à largura do canal de chegada, L = b; e com contrações laterais se L < b. f) Quanto à natureza da lâmina: lâmina livre; lâmina deprimida e lâmina aderente. g) Quanto à inclinação do paramento da estrutura com a vertical: vertical ou inclinado. h) Quanto à geometria da crista: de crista retilínea, circular e poligonal ou em labirinto.

2.3.

Vazão (Q)

A vazão em vertedores pode ser encontrada a partir de equações deduzidas a partir da equação de Bernoulli e tomando-se algumas hipóteses simplificadoras em seu desenvolvimento. Adotando um caráter resumido, serão apresentadas apenas as equações gerais da vazão para alguns tipos de vertedor. a) Vertedor retangular de parede fina sem contração

b) Vertedor retangular de parede fina com duas contrações Desde que: 0,25 m < H < 0,80 m; P > 0,30 m; H < P; P/H > 3,5. c) Vertedor triangular de parede fina

Recomendado para Q < 30 L/s; 0,06 m < H < 0,50 m.

Desde que: < 90º; 0,05 m < H < 0,38 m; P > 3H; B > 6H. d) Vertedor trapezoidal de parede fina Desde que: 0,08 m < h < 0,60 m; a > 2h; L > 3h; P > 3h; largura do canal de 30 a 60h. e) Vertedor de soleira espessa horizontal

Desde que: e > 3H; 0,4.e < H < 1,5.e; e

(ver tabela 12.7, p.397 – Porto, R de M.

2006). 2.4.

Aplicações

Os vertedores podem ter as seguintes aplicações: 

Medição de vazão;



Extravasores de Barragens;



Tomada d´água em canais;



Elevação de nível nos canais;



Decantadores e ETA; e



Escoamentos em galerias.

REFERÊNCIAS PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica Básica. 4. ed.-São Carlos: EESC-USP, 2006. [540]p.:il. Projeto REENGE. ISBN 85-7656-084-4. TOMAZ, Plínio. Cálculos hidrológicos e hidráulicos para obras municipais. Capítulo

9:

Orifício

e

vertedor

e

curva

cota-volume.

Disponível

em:

. Acesso em: 03 de junho de 2015. FERNANDES, Renato de Oliveira. Vertedores e Orifícios. Cariri: URCA. Disponível

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. Acesso em: 03 de junho de 2015. RAMOS, Doalcey Antunes. 3 – Orifícios e bocais. Joinville: Udesc, FCTH – USP.

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. Acesso em: 03 de junho de 2015. SILVA, Gilberto Queiroz Silva. Estudo dos orifícios e bocais. Ouro Preto: UFOP.

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