hidraulica

1. 1
Orifícios, bocais

2. Orifícios
 Nas aplicações em Hidráulica os orifícios e bocais são
utilizados basicamente como dispositivos de descarga e de
controle de vazões, como nos órgãos descarregadores de
vazões.
 Os orifícios são dispositivos muito precisos na medição de
vazões.
 Um orifício em Hidráulica consiste de uma abertura de
forma regular praticada na parede lateral, ou de fundo, de
um reservatório ou em obstáculo colocado num canal,
através do qual a água escoa sob a ação da energia
potencial que possui, mantendo o contorno
completamente submerso, isto é abaixo da superfície livre
a montante

4. Orifícios
 O movimento da água por eles é caracterizado pela
transformação de grande parte da energia potencial do
reservatório em energia cinética de um jato (veia líquida
efluente), com perdas de carga mais ou menos grandes.
 Denomina-se carga (H) a altura de água que origina a
saída do líquido por estes dispositivos

5. Bocal
 O bocal, ou tubo adicional, é um tubo curto,
com formas diversas e seção geralmente circular,
adaptado a um orifício, ou um orifício com as
paredes prolongadas no comprimento de duas a
três vezes a dimensão deste, ou então uma
abertura praticada num reservatório cuja parede
apresente uma espessura correspondente àquele
múltiplo da dimensão do orifício.
 São utilizados, por exemplo, como injetores de
turbinas hidráulicas e difusores de emissários
submarinos de esgotos.

6. Classificação
 Orifício de parede delgada: L/d < 0,5
 Orifício de parede espessa: 0,5 < L/d < 1,5
 Bocal: 1,5 < L/d < 5
 Tubo curto: 5 < L/d < 100
 Encanamentos: L/d >100
› Considerando-se a água no interior de um reservatório ou
escoando por um canal, se no reservatório uma parede
lateral, ou parte dela, não atingir a superfície do líquido; se
no canal o bordo superior da parede lateral situar-se abaixo
da superfície livre; ou, ainda, se transversalmente ao canal
existir em determinada seção uma parede galgada pelo
líquido; tem-se o chamado vertedor, ou extravasor, ou
descarregador. Pode ser considerado como orifício
incompleto, desprovido da borda superior, sobre o qual a
água escoa livremente. São utilizados largamente como
medidores de vazão nos canais e extravasores de
barragens.

7. orifícios
 • Segundo a forma geométrica da abertura
praticada na parede do reservatório:
› • Circulares
› • Retangulares
› • Quadrados
› • Outros
 • Segundo a posição do plano que contém sua
seção transversal:
› • Horizontais
› • Inclinados
› • Verticais

8.  Segundo a espessura da parede na qual se
pratica a abertura:
› • Parede delgada: o contato do jato com a parede
se dá por uma linha (ver Figura 4). Recaem nesta
condição os orifícios cuja espessura da parede não
supera a metade da menor dimensão do orifício.
› • Parede espessa: o contato do jato com a parede se
dá por uma superfície (ver Figura 5).
 • Segundo o tipo de contração do jato
efluente: total, parcial ou suprimida (ver Figura
6).

10. Contração da veia líquida
 No orifício há um agrupamento das linhas de corrente
que, ao sair do orifício, não conseguem mudar
bruscamente a trajetória, e seguem a tendência de
agrupamento.
 Este fenômeno é conhecido como a contração da veia
líquida.
 Depois de uma certa distância a tendência se modifica.

12. Orifício pequeno de parede
delgada

15. Equação geral para orifícios
pequenos de parede delgada
Valor médio de Cd = 0,61, ou
usar tabelas

16. Orifícios grandes de parede
delgada

Neste caso o tamanho do orifício não pode ser
desprezado;

O teorema de Torricelli é aplicado a cada uma
das faixas do orifício

A descarga total é a integral de área do orifício

17. Orifícios grandes de parede
delgada
Valor médio de Cd = 0,6 ou usar
tabelas
Quando a velocidade de aproximação
ao orifício não puder ser desprezada à
carga estática (H) deve-se adicionar a
carga cinética (v12/2g) na direção do
eixo do orifício
Orifício grande quando (H < 2.altura do orifício)

18. Orifícios afogados
 O princípio é o mesmo para jatos livres, a
contração da veia também ocorre,
 Entretanto a carga deve ser considerada como a
diferença de nível entre as duas unidades

19. Contração parcial da veia
 Em função da posição do orifício, a veia não se
contrai totalmente.
 Acontece quando o orifício está próximo ao
fundo ou às paredes laterais.
 Este posicionamento interfere na vazão

20. Contração parcial da veia

O coeficiente de descarga deve ser corrigido Cd’
K =perímetro da parte em que há supressão /
perímetro total do orifício
Para orifícios circulares
I II
III

21. Escoamento com nível variável
Partindo da fórmula para pequenos orifícios, e considerando o
volume do líquido descarregado como Qxt
Para o esvaziamento completo do tanque pode-se aproximar o
tempo por:
Considerando Cd=0,61 e raiz de 2.g=4,43
Valor aproximado, visto que em certo momento o
orifício deixa de ser pequeno

22. Vórtices
 Vórtice é o redemoinho formado quando um líquido escoa
por um orifício aberto em um tanque raso
 Deve ser controlado porque pode inserir ar na saída do
orifício o que pode ocasionar bolhas de ar nas tubulações
ou inserir ar no bombeamento

23. Adufas
 As adufas são orifícios de grandes dimensões
abertos em barragens ou canais e cujo
fechamento pode ser regulado por meio de
comportas móveis.

24. Adufas
 No escoamento por estas comportas de fundo,
nas quais a contração é incompleta no fundo
e nas duas paredes laterais, grande número de
fatores intervêm no coeficiente de vazão.
 Sendo l a largura da comporta e e a altura da
adufa, segundo Poncelet as vazões para
talhantes não submersos a jusante podem ser
dadas pelas seguintes equações:

25. Perda de carga nos orifícios,
adufas e comportas
 A perda de carga em orifícios é a diferença entre a
vazão teórica e a vazão real.

26. Bocais

27. Bocais
 Os bocais têm a função de regular e dirigir o jato
de um orifício, influenciando no coeficiente de
vazão do mesmo, tendo normalmente a mesma
forma da seção transversal do orifício.
 São quase sempre de seção circular, podem ter
desenvolvimento:
› cilíndrico ou cônico (convergente ou divergente),
› externos ou internos (quanto à posição relativa à parede
do reservatório)
 Nos casos mais freqüentes, o eixo do bocal é
normal ao plano da parede do reservatório.

28. Bocais
Bocal cilíndrico externo Experimento de Venturi

29. Bocais
 A vazão pode ser dada pela mesma fórmula deduzida
para orifícios pequenos
 Os bocais apresentam maior vazão que os orifícios
(coeficientes podem chegar a 0,82 para bocal cilíndrico
externo, com veia aderente).
 Este é o paradoxo do bocal, porque como apresentam
maior perda de carga deveriam conduzir menor vazão.
 É explicado pelo surgimento da depressão no interior do
bocal, em que a pressão é bem inferior à atmosférica
que reina na seção de saída do jato.

30. Bocais: coeficientes médios
Casos Cc Cv Cd Observações
0,62 0,985 0,61 Valores médios para orifícios
comuns em parede delgada
0,52 0,98 0,51 Veia livre
1,00 0,75 0,75 Veia colada
0,62 0,985 0,61 Veia livre (valores médios)
1,00 0,82 0,82 Veia colada
1,00 0,98 0,98 Bordas arredondadas
acompanhando os filetes
líquidos

31.  A perda de carga é dada pela mesma fórmula para os
orifícios
 Bocais com entrada arredondada apresentam menor
perda de carga e portanto seu coeficiente de descarga
é maior

32. 32

33.  Os três dispositivos mais usados para medir a vazão
instantânea em tubos são:
33
oOrifício;

34. 34
o Bocal (pode ser
considerado uma
placa de orifício
com entrada
suavizada;
o Tubo de Venturi

35.  Este medidor consiste em uma placa perfurada colocado
na tubulação usualmente entre flanges.
 O orifício usualmente é concêntrico ao tubo, mas em
algumas aplicações especiais pode ser excêntrico. A seção
mínima do escoamento não ocorre no orifício, mas sim
numa seção a jusante, devido à formação da vena
contracta.
35

36. 36

37.  Consiste em um cone de entrada lisa com ângulo em torno
de 20º, um cilindro de seção curta (comprimento igual ao
diâmetro da seção estrangulada), e de um cone difusor de
ângulo entre 5º e 7º, a fim de minimizar a perda de carga.
37

38. 38

39.  Para uma operação satisfatória o equipamento deverá ser
instalado a jusante de uma porção de tubo reta e uniforme,
livre de conexões, desalinhamentos e outras causas de
turbulência e tendo um comprimento de pelo menos 30D.
39

40.  Cada um destes medidores opera sob o mesmo princípio:
uma diminuição na seção transversal do escoamento
provoca um aumento na velocidade que é acompanhada
por uma diminuição na pressão .
 Relacionando-se a diferença de pressão a montante e a
jusante do medidor com a vazão pode-se obter curvas de
calibração para os medidores.
40

41.  Fazendo-se um balanço de energia nas seções a montante
e a jusante do medidor temos:
41

42. Como z1 = z2 e aplicando-se a equação da continuidade:
Q = constante = u1A1 = u2A2
42

43.  Então:
43
(área do orifício)
Fazendo: m=(d/D)2

44.  Como a região de menor diâmetro, onde se mede a
pressão P2 não é o orifício de diâmetro d, mas sim um outro
ponto, onde ocorre a máxima contração da veia fluida,
introduz-se um coeficiente de contração Cc que indica
44
o quanto a veia
fluida contrai
depois de
passar pelo
orifício.

45.  Esta é a vazão teórica:
 Na prática usam-se fluidos reais, para os quais a equação
acima não se verifica exatamente. Introduz-se um
coeficiente de velocidade Cv. Então a vazão real é dada
por:
45

46. 
Fazendo:
CQ é o coeficiente de descarga ou de vazão, tem-se:
46
Este coeficiente deve ser
determinado experimentalmente
(ou segundo normas técnicas,
exemplo: ISO 5167, BS 1042,
ANSI/API MPMS 14.3.1)