Hidráulica: Estudo sobre Orifícios e Vazão

Hidráulica Orifícios Profª Maiara Foiato Email maiarafoiatounoescedubr Orifícios São aberturas de perímetro fechado e forma geométrica definida feitas abaixo da superfície livre da água São usados na parede ou no fundo de reservatórios e tanques ou na parede de canais ou canalizações Servem para medir e controlar a vazão Orifícios Classificação a Quanto à forma da abertura Circulares Retangulares Triangulares b Quanto à espessura da parede Parede delgada biselada e 05d Parede delgada 05 e 15d Parede delgada e 15d Bocal 2 e 3 Orifícios Classificação Parede delgada fina o líquido toca apenas a face interna da parede do reservatório Parede espessa grossa o líquido escoa tocando quase toda a parede do orifício Orifícios Classificação c Quanto às dimensões são considerados pequenos os orifícios cujas dimensões são muito menores que a profundidade carga hidráulica em que se encontram Então podese admitir que as velocidades na parte superior e na parte inferior do orifício são iguais Grandes d 13 h d altura do orifício Pequenos d 13 h Orifícios pequenos paredes delgadas Equação de Bernoulli v12 2g p1 γ z1 v22 2g p2 γ z2 Considerando Z1 h h v22 2g v2 2gh v2 V𝑡 V𝑡 2gh Teorema de Torricelli Orifícios pequenos Coeficiente de contração Cc As partículas líquidas afluem do orifício vindas de todas as direções em trajetórias curvilíneas As partículas não podem mudar bruscamente de direção ao se aproximarem da saída e continuam movendose em trajetórias curvilíneas obrigando o jato a contrairse um pouco além da borda interna da abertura Este fenômeno chamase contração do jato A seção onde ocorre é chamada de seção contraída Orifícios pequenos Coeficiente de contração Cc expressa a redução no diâmetro do jato Relação entre a área da seção contraída Ac e a área do orifício Ao Valor médio prático de Cc 062 Para escoamento de água em orifícios circulares a seção contraída encontrase a uma distância da face interna do orifício igual à metade do diâmetro do orifício Cc Ac Ao Ac CcAo Orifícios pequenos Coeficiente de velocidade Cv Na prática a velocidade real Vr na seção contraída é menor que a velocidade teórica Vt devido as perdas de energia no escoamento ao entrar e ao passar pelo orifício Cv relação entre a velocidade real Vr e a velocidade teórica Vt Valor médio prático de Cv 0985 Cv Vr Vt Vr CvVt Orifícios pequenos A vazão real é o produto da área da seção contraída Ac pela velocidade real Então a vazão pelo orifício é Q CC AO CV 2gh Q AcCv 2gh Orifícios pequenos Coeficiente de descarga Cd Produto do coeficiente de velocidade e do coeficiente de contração Valor médio prático de Cd 061 Orifícios pequenos Portanto a vazão descarregada através de um orifício de pequenas dimensões é dada por Q Cd AO 2gh Lei dos orifícios Orifícios afogados O orifício é considerado afogado quando o jato não descarrega na atmosfera mas sim em uma massa líquida Neste caso h é a diferença das cargas h1 e h2 h h1 h2 Ao área do orifício m² h1h2 h m Contração incompleta do jato A contração é completa somente quando o orifício está localizado a uma distância do fundo ou das paredes igual ou maior a 2 vezes a sua menor dimensão Quando o orifício está próximo ao fundo ou às paredes laterais a veia líquida não se contrai totalmente Este posicionamento interfere na vazão Correção do coeficiente Cd para contração incompleta X 2a Y 2a Contração incompleta do jato Correção do coeficiente Cd orifícios retangulares Cd Cd 1 015K Perímetro total 2ab K perímetro da parte em que há supressão da contração perímetro total do orifício Contração incompleta do jato Correção do coeficiente Cd Orifícios retangulares Para orifícios junto ao fundo I Para orifícios junto a uma parede lateral II Para orifícios junto ao fundo e a duas paredes laterais III Contração incompleta do jato Correção do coeficiente Cd Orifícios circulares Cd Cd 1 013K Para orifícios junto a uma parede lateral ou junto ao fundo K 025 Para orifícios junto ao fundo e a uma parede lateral K 050 Para orifícios junto ao fundo e a duas paredes laterais K 075 Perda de carga em orifícios A passagem de um líquido pelo orifício se faz com um certo consumo de energia Ou seja nem toda a energia potencial h é transformada em energia cinética A perda de carga que ocorre na passagem por um orifício corresponderá portanto à diferença de energia cinética Aplicável para orifícios de pequenas dimensões orifícios de parede espessa e comportas Comportas Peças adaptadas aos orifícios com um dos lados sujeito a um escoamento livre e com abertura variável São portas que prendem águas de canais reservatórios ou pequenas barragens Referências AZEVEDO NETTO José Martiniano de Manual de hidráulica 9 São Paulo Blucher 2015 AZEVEDO NETTO José M de ARAUJO Roberto de UEHARA Kokei Manual de hidráulica 8 ed atual São Paulo Edgard Blücher 1998 669 p BONUMÁ Nadia Bernardi Hidráulica Material de aula 2016 PORTO Rodrigo de Melo Hidráulica Básica 2006