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relatório do laboratório de hidráulica 2 sobre orifícios e bocais
Tipologia: Trabalhos
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Serviço Público Federal Ministério da Educação Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul FAENG – Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento – LENHS Cidade Universitária s/n | Campo Grande – MS CEP 79070-900 | Fone: 67 3345. Isabella Araújo dos Santos Thamara Cambará Marafon Relatório 3: Orifícios e Bocais
Serviço Público Federal Ministério da Educação Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul FAENG – Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento – LENHS Cidade Universitária s/n | Campo Grande – MS CEP 79070-900 | Fone: 67 3345. Isabella Araújo dos Santos Thamara Cambará Marafon Relatório 3: Orifícios e Bocais Trabalho apresentado como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina Hidráulica 2, no curso de Engenharia Civil, na Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Prof. Me. Ganem Jean Tebcharani
Os orifícios são aberturas utilizadas abaixo da superfície da água em um reservatório. Possuem perímetro fechado com forma geométrica variada. Sua função é medir ou controlar a vazão do canal ou reservatório no qual está inserido. Os bocais são peças tubulares acopladas aos orifícios, tubulações ou dispersores com o objetivo de direcionar ou regularizar o jato d’água. Sua forma geométrica pode variar, entretanto a seção transversal é quase sempre circular. As partículas do fluido afluem seguindo trajetórias convergentes e, ao passar pelo bocal ou orifício, continuam movendo-se dessa forma. Assim, o jato d’água é obrigado a se contrair um pouco além da borda interna da abertura. Dessa forma, existe o coeficiente de contração (𝐶𝑐) para expressar a redução no diâmetro do jato. Devido ao atrito externo e a viscosidade da água, a velocidade real na seção contraída é menor que a velocidade teórica. Para relacionar essas diferentes velocidades, há o coeficiente de velocidade (𝐶𝑣). Ademais, com a multiplicação do coeficiente de contração pelo coeficiente de velocidade, obtêm-se o coeficiente de descarga (𝐶𝑑). Com intuito de estimar os valores desses coeficientes para o bocal e diferentes orifícios, desenvolveu-se um teste laboratorial utilizando os parâmetros geométricos e hidráulicos do reservatório de nível variado do Laboratório de Eficiência Energética em Hidráulica e Saneamento (LEHNS) da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS). 1.1. Objetivo Determinar os coeficientes de velocidade, de descarga e de contração de um bocal cônico e de orifícios no formato de cruz, triângulo e retangular.
2.2. Métodos Primeiramente, foi estabelecida uma altura inicial de lâmina d’água, a partir da qual se obteve a altura intermediária subtraindo 3 cm e a altura final subtraindo 6 cm. Em seguida, o reservatório foi esvaziado até atingir a altura inicial, e então, o jato d’água foi aberto, de maneira que a água fosse liberada e a distância vertical de alcance do jato d’água fosse medida no momento em que o reservatório atingisse a altura intermediária e o tempo contabilizado até que o reservatório atingisse a altura final, conforme mostra a figura 1 abaixo. Figura 1 – Esquema explicativo das medidas a serem coletadas no ensaio. Fonte: Autores.
Orifício retangular: (dimensões em cm) Ar = 7,6416 cm² = 0,00076416 m² Orifício triangular: (dimensões em cm) At = 3,2250 cm² = 0,00032250 m² Bocal cônico: (dimensões em cm) Ab = (9,511485918 – 0,3511578281L) cm² Onde L é o comprimento do bocal, em cm, de onde deseja-se calcular a área secional. Fazendo a integral L = 18,05 cm, temos que Ab = 3,1731 cm² = 0, m². Este comprimento deve ser levado em consideração ao se calcular a velocidade real no bocal, tendo em vista que o jato sairá da extremidade de menor raio, ou seja, a distância x medida é considerada a partir da extremidade de maior raio, então deve-se utilizar x = x medido – L do bocal. Em seguida, partiu-se para a realização dos cálculos a fim de determinar os coeficientes dos orifícios e bocal.
Velocidades reais: Para a determinação das velocidades reais, utilizou-se a seguinte fórmula: 𝑣ோ = ට ×௫మ ଶ×௬
Em que, 𝑔 é a aceleração da gravidade, adotada como 9,806 m³/s; 𝑥 é a distância de alcance do jato d’água; e 𝑦 é a altura fixa do fundo do tanque até jato, sendo ela 1,225 m. Os resultados obtidos foram: Tabela 2 – Velocidades reais. vR (m/s) Orifícios Bocal Cruz Retangular Triangular 3,7211 3,5011 3,0009 1, Fonte: Autores. Vazões reais: Tendo as velocidades reais calculadas, utilizou-se a seguinte formula para o cálculo das vazões reais: 𝑄ோ = (ℎଵ − ℎଷ) × ௧
Onde, ℎଵ é a altura inicial; ℎଷ é a altura final; 𝐴 (^) ் é a área do tanque, sendo ela 0,98218 m²; e 𝑡 é o tempo necessário para que a reservatório se esvazie até a altura final. Sendo assim, as vazões reais para cada uma das condições são: Tabela 3 – Vazões reais. QR (m³/s) Orifícios Bocal Cruz Retangular Triangular 0,0038 0,0018 0,0014 0, Fonte: Autores.
Coeficientes de velocidade: Para a determinação dos coeficientes de velocidade, fez-se o quociente da velocidade real pela velocidade teórica, conforme a relação seguinte: 𝐶௩ = ௩ೃ ௩
Os valores obtidos foram: Tabela 6 – Coeficientes de velocidade. Cv Orifícios Bocal Cruz Retangular Triangular 0,96 0,98 0,89 0, Fonte: Autores. Coeficientes de descarga: Para a determinação dos coeficientes de descarga, fez-se o quociente da vazão real pela vazão teórica, conforme a relação seguinte: 𝐶ௗ = ொೃ ொ
Os valores obtidos foram: Tabela 7 – Coeficientes de descarga. Cd Orifícios Bocal Cruz Retangular Triangular 0,62 0,67 1,24 1, Fonte: Autores. Coeficientes de contração: Para a determinação dos coeficientes de contração, fez-se o quociente do coeficiente de descarga pelo coeficiente de velocidade, conforme a relação seguinte: 𝐶 = ೡ
Os valores obtidos foram: Tabela 8 – Coeficientes de contração. Cc Orifícios Bocal Cruz Retangular Triangular 0,65 0,69 1,40 2, Fonte: Autores.
